JP6788574B2 - Semiconductor light emitting device - Google Patents

Semiconductor light emitting device Download PDF

Info

Publication number
JP6788574B2
JP6788574B2 JP2017506533A JP2017506533A JP6788574B2 JP 6788574 B2 JP6788574 B2 JP 6788574B2 JP 2017506533 A JP2017506533 A JP 2017506533A JP 2017506533 A JP2017506533 A JP 2017506533A JP 6788574 B2 JP6788574 B2 JP 6788574B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
refractive index
different refractive
plane
phase modulation
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017506533A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2016148075A1 (en
Inventor
黒坂 剛孝
剛孝 黒坂
優 瀧口
優 瀧口
貴浩 杉山
貴浩 杉山
和義 廣瀬
和義 廣瀬
佳朗 野本
佳朗 野本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Publication of JPWO2016148075A1 publication Critical patent/JPWO2016148075A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6788574B2 publication Critical patent/JP6788574B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18358Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] containing spacer layers to adjust the phase of the light wave in the cavity
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/42Arrays of surface emitting lasers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/04Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04256Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/11Comprising a photonic bandgap structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/42Arrays of surface emitting lasers
    • H01S5/423Arrays of surface emitting lasers having a vertical cavity
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2301/00Functional characteristics
    • H01S2301/18Semiconductor lasers with special structural design for influencing the near- or far-field
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2301/00Functional characteristics
    • H01S2301/20Lasers with a special output beam profile or cross-section, e.g. non-Gaussian
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/185Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only horizontal cavities, e.g. horizontal cavity surface-emitting lasers [HCSEL]
    • H01S5/187Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only horizontal cavities, e.g. horizontal cavity surface-emitting lasers [HCSEL] using Bragg reflection

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Description

本発明は、半導体発光素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device.

従来、本願発明者らは、特許文献1に記載の半導体発光素子を提案してきた。特許文献1に記載の半導体発光素子は、活性層と、活性層を挟む一対のクラッド層と、活性層に光学的に結合した位相変調層とを備えており、位相変調層は、基本層と、基本層とは屈折率の異なる複数の異屈折率領域とを備えている。位相変調層に、正方格子を設定した場合、異屈折率領域(主孔)は、正孔格子の格子点にちょうど一致するように配置されている。この異屈折率領域の周囲には、補助的な異屈折率領域(副孔)が設けられており、所定のビームパターンの光を出射することができる。 Conventionally, the inventors of the present application have proposed the semiconductor light emitting device described in Patent Document 1. The semiconductor light emitting device described in Patent Document 1 includes an active layer, a pair of clad layers sandwiching the active layer, and a phase modulation layer optically coupled to the active layer, and the phase modulation layer includes a basic layer. The basic layer is provided with a plurality of different refractive index regions having different refractive indexes. When a square lattice is set in the phase modulation layer, the different refractive index region (main hole) is arranged so as to exactly coincide with the lattice points of the hole lattice. An auxiliary different refractive index region (secondary hole) is provided around the different refractive index region, and light having a predetermined beam pattern can be emitted.

国際公開WO2014/136962号International release WO2014 / 136962

しかしながら、主孔と副孔を設けた構造の場合、これらの間の位置精度を高く制御するのは難しく、また、格子間隔を短くするなどのパターンの高精細化も難しいため、所望のビームパターンを得るのが難しいという課題がある。 However, in the case of a structure provided with a main hole and a sub hole, it is difficult to control the position accuracy between them with high control, and it is also difficult to improve the definition of the pattern such as shortening the lattice spacing. There is a problem that it is difficult to obtain.

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、所望のビームパターンを従来よりも簡単に得ることが可能な半導体発光素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device capable of obtaining a desired beam pattern more easily than before.

上述の課題を解決するため、第1の半導体発光素子は、活性層と、前記活性層を挟む一対のクラッド層と、前記活性層に光学的に結合した位相変調層と、を備えた半導体発光素子において、前記位相変調層は、基本層と、前記基本層とは屈折率の異なる複数の異屈折率領域とを備え、前記位相変調層の厚み方向をZ軸方向とするXYZ直交座標系を設定し、XY平面内において、格子定数aの仮想的な正方格子を設定した場合、それぞれの前記異屈折率領域は、その重心位置が、前記仮想的な正方格子における格子点位置から距離rだけずれるように、配置されており、全ての前記異屈折率領域は、XY平面内において、同一の距離rを有しており、距離rは、0<r≦0.3aであり、前記半導体発光素子から出射されるビームパターン(スポットを除く)は、少なくとも1つの:直線、十字架、図形、写真、CG(コンピュータグラフィックス)、又は、文字、を含み、XY平面内における前記ビームパターンの特定の領域を2次元フーリエ変換した複素振幅F(X,Y)は、jを虚数単位として、XY平面内の強度分布I(X,Y)と、XY平面内の位相分布P(X,Y)を用いて:F(X,Y)=I(X,Y)×exp{P(X,Y)j}で与えられ、前記位相変調層において、前記仮想的な正方格子のそれぞれの格子点から、対応するそれぞれの前記異屈折率領域の重心へ向かう方向と、X軸との成す角度をφとし、定数をCとし、X軸方向におけるx番目、Y軸方向におけるy番目の仮想的な正方格子点の位置を(x、y)とし、位置(x,y)における角度をφ(x,y)とすると、φ(x、y)=C×P(X,Y)を満たし、それぞれの前記異屈折率領域のXY平面内の形状は、正方形、正六角形、正八角形又は正16角形であることを特徴とする。
第2の半導体発光素子は、活性層と、前記活性層を挟む一対のクラッド層と、前記活性層に光学的に結合した位相変調層と、を備えた半導体発光素子において、前記位相変調層は、基本層と、前記基本層とは屈折率の異なる複数の異屈折率領域とを備え、前記位相変調層の厚み方向をZ軸方向とするXYZ直交座標系を設定し、XY平面内において、格子定数aの仮想的な正方格子を設定した場合、それぞれの前記異屈折率領域は、その重心位置が、前記仮想的な正方格子における格子点位置から距離rだけずれるように、配置されており、全ての前記異屈折率領域は、XY平面内において、同一の距離rを有しており、距離rは、0<r≦0.3aであり、前記半導体発光素子から出射されるビームパターン(スポットを除く)は、少なくとも1つの:直線、十字架、図形、写真、CG(コンピュータグラフィックス)、又は、文字、を含み、XY平面内における前記ビームパターンの特定の領域を2次元フーリエ変換した複素振幅F(X,Y)は、jを虚数単位として、XY平面内の強度分布I(X,Y)と、XY平面内の位相分布P(X,Y)を用いて:F(X,Y)=I(X,Y)×exp{P(X,Y)j}で与えられ、前記位相変調層において、前記仮想的な正方格子のそれぞれの格子点から、対応するそれぞれの前記異屈折率領域の重心へ向かう方向と、X軸との成す角度をφとし、定数をCとし、X軸方向におけるx番目、Y軸方向におけるy番目の仮想的な正方格子点の位置を(x、y)とし、位置(x,y)における角度をφ(x,y)とすると、φ(x、y)=C×P(X,Y)を満たし、それぞれの前記異屈折率領域のXY平面内の形状は、長方形、楕円、又は、2つの円又は楕円の一部分が重なる形状であることを特徴とする。
第3の半導体発光素子は、活性層と、前記活性層を挟む一対のクラッド層と、前記活性層に光学的に結合した位相変調層と、を備えた半導体発光素子において、前記位相変調層は、基本層と、前記基本層とは屈折率の異なる複数の異屈折率領域とを備え、前記位相変調層の厚み方向をZ軸方向とするXYZ直交座標系を設定し、XY平面内において、格子定数aの仮想的な正方格子を設定した場合、それぞれの前記異屈折率領域は、その重心位置が、前記仮想的な正方格子における格子点位置から距離rだけずれるように、配置されており、全ての前記異屈折率領域は、XY平面内において、同一の距離rを有しており、距離rは、0<r≦0.3aであり、前記半導体発光素子から出射されるビームパターン(スポットを除く)は、少なくとも1つの:直線、十字架、図形、写真、CG(コンピュータグラフィックス)、又は、文字、を含み、XY平面内における前記ビームパターンの特定の領域を2次元フーリエ変換した複素振幅F(X,Y)は、jを虚数単位として、XY平面内の強度分布I(X,Y)と、XY平面内の位相分布P(X,Y)を用いて:F(X,Y)=I(X,Y)×exp{P(X,Y)j}で与えられ、前記位相変調層において、前記仮想的な正方格子のそれぞれの格子点から、対応するそれぞれの前記異屈折率領域の重心へ向かう方向と、X軸との成す角度をφとし、定数をCとし、X軸方向におけるx番目、Y軸方向におけるy番目の仮想的な正方格子点の位置を(x、y)とし、位置(x,y)における角度をφ(x,y)とすると、φ(x、y)=C×P(X,Y)を満たし、それぞれの前記異屈折率領域のXY平面内の形状は、台形、楕円の長軸に沿った一方の端部近傍の短軸方向の寸法が、他方の端部近傍の短軸方向の寸法よりも小さくなるように変形した形状、又は、楕円の長軸に沿った一方の端部を、長軸方向に沿って突き出る尖った端部に変形した形状であることを特徴とする。
第4の半導体発光素子は、活性層と、前記活性層を挟む一対のクラッド層と、前記活性層に光学的に結合した位相変調層と、を備えた半導体発光素子において、前記位相変調層は、基本層と、前記基本層とは屈折率の異なる複数の異屈折率領域とを備え、前記位相変調層の厚み方向をZ軸方向とするXYZ直交座標系を設定し、XY平面内において、格子定数aの仮想的な正方格子を設定した場合、それぞれの前記異屈折率領域は、その重心位置が、前記仮想的な正方格子における格子点位置から距離rだけずれるように、配置されており、全ての前記異屈折率領域は、XY平面内において、同一の距離rを有しており、距離rは、0<r≦0.3aであり、前記半導体発光素子から出射されるビームパターン(スポットを除く)は、少なくとも1つの:直線、十字架、図形、写真、CG(コンピュータグラフィックス)、又は、文字、を含み、XY平面内における前記ビームパターンの特定の領域を2次元フーリエ変換した複素振幅F(X,Y)は、jを虚数単位として、XY平面内の強度分布I(X,Y)と、XY平面内の位相分布P(X,Y)を用いて:F(X,Y)=I(X,Y)×exp{P(X,Y)j}で与えられ、前記位相変調層において、前記仮想的な正方格子のそれぞれの格子点から、対応するそれぞれの前記異屈折率領域の重心へ向かう方向と、X軸との成す角度をφとし、定数をCとし、X軸方向におけるx番目、Y軸方向におけるy番目の仮想的な正方格子点の位置を(x、y)とし、位置(x,y)における角度をφ(x,y)とすると、φ(x、y)=C×P(X,Y)を満たし、前記位相変調層の実効屈折率をnとした場合、前記位相変調層が選択する波長λ (=2 0.5 ×a×n)は、前記活性層の発光波長範囲内に含まれていることを特徴とする。
第5の半導体発光素子においては、第1〜3のいずれかの半導体発光素子において、前記位相変調層の実効屈折率をnとした場合、前記位相変調層が選択する波長λ(=a×n)は、前記活性層の発光波長範囲内に含まれている、ことを特徴とする。
第6の半導体発光素子においては、第1〜5のいずれかの半導体発光素子において、前記位相変調層において、全ての前記異屈折率領域は、XY平面内において、同一の図形、及び/又は、同一の面積を有しており、複数の前記異屈折率領域は、並進操作又は並進操作および回転操作により、重ね合わせることができる、ことを特徴とする。
第7の半導体発光素子においては、第1、2、4、5及び6のいずれか半導体発光素子において、それぞれの前記異屈折率領域のXY平面内の形状は、回転対称性を有している、ことを特徴とする。
第8の半導体発光素子においては、第1、2、4、5、6及び7のいずれか半導体発光素子において、それぞれの前記異屈折率領域のXY平面内の形状は、鏡像対称性を有している、ことを特徴とする。
第9の半導体発光素子においては、第1〜8のいずれかの半導体発光素子において、前記位相変調層は、目的となるビームパターンを出射するための前記異屈折率領域の略周期構造が形成された内側領域と、前記内側領域を囲み、正方格子の格子点位置に重心位置が一致する前記異屈折率領域を含む外側領域と、を備えることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the first semiconductor light emitting element is a semiconductor light emitting element including an active layer, a pair of clad layers sandwiching the active layer, and a phase modulation layer optically coupled to the active layer. In the element, the phase modulation layer includes a basic layer and a plurality of different refractive index regions having different refractive indexes from the basic layer, and has an XYZ Cartesian coordinate system in which the thickness direction of the phase modulation layer is the Z-axis direction. When a virtual square grid with a lattice constant a is set in the XY plane, the position of the center of gravity of each of the different refractive index regions is only a distance r from the grid point position in the virtual square grid. All of the different refractive index regions are arranged so as to be offset, and all the different refractive index regions have the same distance r in the XY plane, the distance r is 0 <r ≦ 0.3a, and the semiconductor light emission. The beam pattern (excluding spots) emitted from the element includes at least one: a straight line, a cross, a figure, a photograph, a CG (computer graphics), or a character, and is specific to the beam pattern in the XY plane. The complex amplitude F (X, Y) obtained by two-dimensional Fourier transform of the region has the intensity distribution I (X, Y) in the XY plane and the phase distribution P (X, Y) in the XY plane, with j as the imaginary unit. In use: given by F (X, Y) = I (X, Y) x exp {P (X, Y) j}, from each grid point of the virtual square grid in the phase modulation layer. Let φ be the angle formed by the direction toward the center of gravity of each of the corresponding different refractive index regions and the X-axis, let C be the constant, and let the x-th in the X-axis direction and the y-th virtual square lattice in the Y-axis direction be. the position of the point and (x, y), the position (x, y) angle phi (x, y) in the a, φ (x, y) = C × P (X, Y) meets the, respectively The shape of the different refractive index region in the XY plane is characterized by being a square, a regular hexagon, a regular octagon, or a regular hexagon.
The second semiconductor light emitting element is a semiconductor light emitting element including an active layer, a pair of clad layers sandwiching the active layer, and a phase modulation layer optically coupled to the active layer. An XYZ Cartesian coordinate system having a basic layer and a plurality of different refractive index regions having different refractive indexes from the basic layer and having the thickness direction of the phase modulation layer as the Z-axis direction is set, and in the XY plane, When a virtual square lattice with a lattice constant a is set, each of the different refractive index regions is arranged so that the position of the center of gravity thereof deviates from the lattice point position in the virtual square lattice by a distance r. , All the different refractive index regions have the same distance r in the XY plane, the distance r is 0 <r ≦ 0.3a, and the beam pattern emitted from the semiconductor light emitting element ( (Excluding spots) includes at least one: straight line, cross, figure, photograph, CG (computer graphics), or character, and is a complex obtained by two-dimensional Fourier transforming a specific region of the beam pattern in the XY plane. The amplitude F (X, Y) uses the intensity distribution I (X, Y) in the XY plane and the phase distribution P (X, Y) in the XY plane, with j as the imaginary unit: F (X, Y). ) = I (X, Y) × exp {P (X, Y) j}, and in the phase modulation layer, from each lattice point of the virtual square lattice, the corresponding different refractive index. The angle between the direction toward the center of gravity of the region and the X-axis is φ, the constant is C, and the positions of the x-th and y-th virtual square grid points in the X-axis direction are (x, y). ), And if the angle at the position (x, y) is φ (x, y), φ (x, y) = C × P (X, Y) is satisfied, and each of the different refractive index regions is within the XY plane. The shape of is characterized by being a rectangle, an ellipse, or a shape in which a part of two circles or ellipses overlap.
The third semiconductor light emitting element is a semiconductor light emitting element including an active layer, a pair of clad layers sandwiching the active layer, and a phase modulation layer optically coupled to the active layer. An XYZ Cartesian coordinate system having a basic layer and a plurality of different refractive index regions having different refractive indexes from the basic layer and having the thickness direction of the phase modulation layer as the Z-axis direction is set, and in the XY plane, When a virtual square grid with a lattice constant a is set, each of the different refractive index regions is arranged so that the position of the center of gravity thereof deviates from the grid point position in the virtual square grid by a distance r. , All the different refractive index regions have the same distance r in the XY plane, the distance r is 0 <r ≦ 0.3a, and the beam pattern emitted from the semiconductor light emitting element ( (Excluding spots) includes at least one: straight line, cross, figure, photograph, CG (computer graphics), or character, and is a complex obtained by two-dimensional Fourier transforming a specific region of the beam pattern in the XY plane. The amplitude F (X, Y) uses the intensity distribution I (X, Y) in the XY plane and the phase distribution P (X, Y) in the XY plane, with j as the imaginary unit: F (X, Y). ) = I (X, Y) × exp {P (X, Y) j}, and in the phase modulation layer, from each lattice point of the virtual square lattice, the corresponding different refractive index. The angle between the direction toward the center of gravity of the region and the X-axis is φ, the constant is C, and the positions of the x-th and y-th virtual square grid points in the X-axis direction are (x, y). ), And if the angle at the position (x, y) is φ (x, y), φ (x, y) = C × P (X, Y) is satisfied, and each of the different refractive index regions is within the XY plane. The shape of is trapezoidal, deformed so that the dimension in the minor axis near one end along the major axis of the ellipse is smaller than the dimension in the minor axis near the other end, or an ellipse. It is characterized in that one end along the long axis of is deformed into a sharp end protruding along the long axis direction.
The fourth semiconductor light emitting element is a semiconductor light emitting element including an active layer, a pair of clad layers sandwiching the active layer, and a phase modulation layer optically coupled to the active layer. An XYZ orthogonal coordinate system having a basic layer and a plurality of different refractive index regions having different refractive indexes from the basic layer and having the thickness direction of the phase modulation layer as the Z-axis direction is set, and in the XY plane, When a virtual square lattice having a lattice constant a is set, each of the different refractive index regions is arranged so that the position of the center of gravity thereof deviates from the position of the lattice point in the virtual square lattice by a distance r. All the different refractive index regions have the same distance r in the XY plane, the distance r is 0 <r ≦ 0.3a, and the beam pattern emitted from the semiconductor light emitting element ( (Excluding spots) includes at least one: straight line, cross, figure, photograph, CG (computer graphics), or character, and is a complex obtained by two-dimensional Fourier transforming a specific region of the beam pattern in the XY plane. The amplitude F (X, Y) uses the intensity distribution I (X, Y) in the XY plane and the phase distribution P (X, Y) in the XY plane, with j as the imaginary unit: F (X, Y). ) = I (X, Y) × exp {P (X, Y) j}, and in the phase modulation layer, from each lattice point of the virtual square lattice, the corresponding different refractive index. The angle formed by the direction toward the center of gravity of the region and the X-axis is φ, the constant is C, and the positions of the x-th and y-th virtual square grid points in the X-axis direction are (x, y). ), And if the angle at the position (x, y) is φ (x, y), φ (x, y) = C × P (X, Y) is satisfied, and the effective refractive index of the phase modulation layer is n. In this case, the wavelength λ 0 (= 2 0.5 × a × n) selected by the phase modulation layer is included in the emission wavelength range of the active layer.
In the fifth semiconductor light emitting element, when the effective refractive index of the phase modulation layer is n in any of the first to third semiconductor light emitting elements, the wavelength λ 0 (= a ×) selected by the phase modulation layer. n) is characterized in that it is included in the emission wavelength range of the active layer.
In the sixth semiconductor light emitting device, in any of the first to fifth semiconductor light emitting devices, in the phase modulation layer, all the different refractive index regions have the same figure and / or the same figure in the XY plane. It has the same area, and the plurality of different refractive index regions can be overlapped by a translation operation or a translation operation and a rotation operation.
In the seventh semiconductor light emitting device, in any one of the first , second , fourth , fifth, and sixth semiconductor light emitting devices, the shape of the different refractive index region in the XY plane has rotational symmetry. , Characterized by.
In the eighth semiconductor light emitting device, in any one of the first , second , fourth , fifth , sixth, and seventh semiconductor light emitting devices, the shape of the different refractive index region in the XY plane has mirror image symmetry. It is characterized by being.
In the ninth semiconductor light emitting device, in any of the first to eighth semiconductor light emitting devices, the phase modulation layer is formed with a substantially periodic structure of the different refractive index region for emitting a target beam pattern. It is characterized by including an inner region and an outer region including the different refractive index region that surrounds the inner region and whose center of gravity coincides with the grid point position of the square lattice.

この構造の場合、異屈折率領域の平面形状重心位置が、上記範囲内の距離rだけずれることにより、格子点の位置から、異屈折率領域の平面形状重心位置に向かうベクトルの向きに応じて、ビームの位相差が変化する。すなわち、重心位置を変更するのみで、各異屈折率領域から出射されるビームの位相差を制御することができ、全体として形成されるビームパターンを所望の形状とすることができる。このとき、仮想的な正方格子の格子点が異屈折率領域の外部であっても良いし、仮想的な正方格子の格子点が異屈折率領域の内部に含まれていても良い。 In the case of this structure, the position of the center of gravity of the plane shape in the different refractive index region is deviated by the distance r within the above range, so that the position of the lattice point is adjusted to the direction of the vector toward the position of the center of gravity of the plane shape in the different refractive index region. , The phase difference of the beam changes. That is, the phase difference of the beam emitted from each different refractive index region can be controlled only by changing the position of the center of gravity, and the beam pattern formed as a whole can be made into a desired shape. At this time, the lattice points of the virtual square lattice may be outside the different refractive index region, or the lattice points of the virtual square lattice may be included inside the different refractive index region.

このような半導体発光素子においては、少なくとも、仮想的な正方格子の格子点から半径0.62aの円の内側には、単一の異屈折率領域のみが存在している。 In such a semiconductor light emitting device, at least a single different refractive index region exists inside a circle having a radius of 0.62a from the lattice points of the virtual square lattice.

また、実施形態の半導体発光素子は、前記位相変調層において、全ての前記異屈折率領域は、XY平面内において、(a)同一の図形、(b)同一の面積、及び/又は、(c)同一の距離r、を有しており、(d)複数の前記異屈折率領域は、並進操作又は並進操作および回転操作により、重ね合わせることができることを特徴とする。 Further, in the semiconductor light emitting element of the embodiment, in the phase modulation layer, all the different refractive index regions are (a) the same figure, (b) the same area, and / or (c) in the XY plane. ) Have the same distance r, and (d) the plurality of different refractive index regions can be superposed by a translation operation or a translation operation and a rotation operation.

これらの条件(a)〜(d)のいずれか1つ以上を備えることにより、ビームパターン内におけるノイズ光およびノイズとなる0次光の発生を抑制することができる。ここで0次光とは、Z方向に平行に出力する光出力であり、位相変調層において位相変調されない光のことである。本発明の位相変調層において仮想的な正方格子の格子点と異屈折率領域の距離rとしてr=0を設定すればZ方向に平行に出力する正方格子のフォトニック結晶レーザとして機能することになる。本発明ではr=0の場合は含まない。なお、本発明は周期構造である正方格子フォトニック結晶を含む正方格子フォトニック結晶レーザの各孔位置に摂動が加わることでビームパターンの制御を実現していると捉えることも出来る。つまり、正方格子に平行な方向における定在波状態の形成については正方格子フォトニック結晶と同様な原理に基づいているが、各孔位置に本発明に基づいて設計された摂動を加えることにより、正方格子と垂直な方向に回折される平面波に所望の位相変調を加えることができ、結果として所望のビームパターンを得ることが可能となる。前述の観点から、本発明の位相変調層に含まれる異屈折領域が構成している構造については周期構造ではなく、略周期構造と呼ぶこととする。 By providing any one or more of these conditions (a) to (d), it is possible to suppress the generation of noise light and 0th-order light that becomes noise in the beam pattern. Here, the 0th-order light is an optical output that is output in parallel in the Z direction, and is light that is not phase-modulated in the phase modulation layer. In the phase modulation layer of the present invention, if r = 0 is set as the distance r between the lattice point of the virtual square lattice and the different refractive index region, it functions as a photonic crystal laser of the square lattice that outputs parallel to the Z direction. Become. In the present invention, the case of r = 0 is not included. It can be considered that the present invention realizes the control of the beam pattern by applying perturbation to each hole position of the square lattice photonic crystal laser including the square lattice photonic crystal having a periodic structure. That is, the formation of the standing wave state in the direction parallel to the square lattice is based on the same principle as that of the square lattice photonic crystal, but by adding the diffraction designed based on the present invention to each pore position, A desired phase modulation can be applied to a plane wave diffracted in a direction perpendicular to the square lattice, and as a result, a desired beam pattern can be obtained. From the above viewpoint, the structure formed by the different refraction region included in the phase modulation layer of the present invention is referred to as a substantially periodic structure rather than a periodic structure.

また、実施形態の半導体発光素子においては、それぞれの前記異屈折率領域のXY平面内の形状は、回転対称性を有していることを特徴とする。この半導体発光素子においては、それぞれの前記異屈折率領域のXY平面内の形状は、真円、正方形、正六角形又は正八角形、正16角形などの回転対称な形状であることが好ましい。これらの図形は、回転非対称図形と比較して、パターンが回転方向にずれても、影響が少ないため、高い精度でパターニングすることが可能である。 Further, in the semiconductor light emitting device of the embodiment, the shape of each of the different refractive index regions in the XY plane is characterized by having rotational symmetry. In this semiconductor light emitting device, the shape of each of the different refractive index regions in the XY plane is preferably a rotationally symmetric shape such as a perfect circle, a square, a regular hexagon, a regular octagon, or a regular hexadecagon. Compared with the rotation asymmetric figure, these figures have less influence even if the pattern shifts in the rotation direction, so that the pattern can be patterned with high accuracy.

また、実施形態の半導体発光素子においては、それぞれの前記異屈折率領域のXY平面内の形状は、鏡像対称性(線対称)を有していることを特徴とする。この半導体発光素子においては、それぞれの前記異屈折率領域のXY平面内の形状は、長方形、楕円、2つの円又は楕円の一部分が重なる形状であることが好ましい。これらの図形は、回転非対称図形と比較して、線対称の基準となる線分位置が明確に分かるため、高い精度でパターニングすることが可能である。 In the semi-conductor light emitting device of the embodiment, the shape in the XY plane of each of the modified refractive index areas is characterized in that it has mirror symmetry (line symmetry). In this semiconductor light emitting device, the shape of each of the different refractive index regions in the XY plane is preferably a rectangle, an ellipse, two circles, or a part of the ellipse overlapping. Compared with the rotation asymmetric figure, these figures can be patterned with high accuracy because the line segment position which is the reference of the line symmetry can be clearly known.

実施形態の半導体発光素子においては、異屈折率領域のXY平面内の形状は、上述の図形に限定されない。例えば、それぞれの前記異屈折率領域のXY平面内の形状は、台形、楕円の長軸に沿った一方の端部近傍の短軸方向の寸法が、他方の端部近傍の短軸方向の寸法よりも小さくなるように変形した形状(卵型)、又は、楕円の長軸に沿った一方の端部を、長軸方向に沿って突き出る尖った端部に変形した形状(涙型)であることを特徴とする。このような図形であっても、異屈折率領域の平面形状重心位置が、格子点から距離rだけずれることによって、ビームの位相を変えることができる。 In the semiconductor light emitting device of the embodiment , the shape of the different refractive index region in the XY plane is not limited to the above-mentioned figure. For example, the shape of each of the different refractive index regions in the XY plane is such that the dimension in the minor axis direction near one end along the major axis of the trapezoidal or ellipse is the dimension in the minor axis direction near the other end. It is a shape deformed to be smaller than (oval shape), or a shape deformed from one end along the long axis of an ellipse to a sharp end protruding along the long axis direction (tear shape). It is characterized by that. Even in such a figure, the phase of the beam can be changed by shifting the position of the center of gravity of the plane shape in the different refractive index region by a distance r from the lattice point.

実施形態の半導体発光素子においては、前記位相変調層の実効屈折率をnとした場合、前記位相変調層が選択する波長λ(=a×n)は、前記活性層の発光波長範囲内に含まれていることを特徴とする。位相変調層(回折格子層)は、活性層の発光波長のうちの波長λを選択して、外部に出力することができる。 In the semiconductor light emitting element of the embodiment, when the effective refractive index of the phase modulation layer is n, the wavelength λ 0 (= a × n) selected by the phase modulation layer is within the emission wavelength range of the active layer. It is characterized by being included. The phase modulation layer (diffraction grating layer) can select the wavelength λ 0 of the emission wavelengths of the active layer and output it to the outside.

実施形態の半導体発光素子においては、前記位相変調層の実効屈折率をnとした場合、前記位相変調層が選択する波長λ(=20.5×a×n)は、前記活性層の発光波長範囲内に含まれていることを特徴とする。位相変調層(回折格子層)は、活性層の発光波長のうちの波長λを選択して、外部に出力することができる。 In the semiconductor light emitting element of the embodiment, when the effective refractive index of the phase modulation layer is n, the wavelength λ 0 (= 2 0.5 × a × n) selected by the phase modulation layer is the active layer. It is characterized in that it is included in the emission wavelength range. The phase modulation layer (diffraction grating layer) can select the wavelength λ 0 of the emission wavelengths of the active layer and output it to the outside.

実施形態の半導体発光素子においては、前記半導体発光素子から出射されるビームパターンは、少なくとも1つの:スポット、直線、十字架、格子パターン、又は、文字を含み、XY平面内における前記ビームパターンの特定の領域を2次元フーリエ変換した複素振幅分布F(X,Y)は、jを虚数単位として、XY平面内の強度分布I(X,Y)と、XY平面内の位相分布P(X,Y)を用いて次式:F(X,Y)=I(X,Y)×exp{P(X,Y)j}で与えられ、前記位相変調層において、前記仮想的な正方格子のそれぞれの格子点から、対応するそれぞれの前記異屈折率領域の重心へ向かう方向と、X軸との成す角度をφとし、定数をCとし、X軸方向におけるx番目、Y軸方向におけるy番目の仮想的な正方格子点の位置を(x、y)とし、位置(x,y)における角度をφ(x,y)とすると、φ(x、y)=C×P(X,Y)を満たすことを特徴とする。 In the semiconductor light emitting element of the embodiment, the beam pattern emitted from the semiconductor light emitting element includes at least one: spot, straight line, cross, lattice pattern, or character, and is a specific beam pattern in the XY plane. The complex amplitude distribution F (X, Y) obtained by two-dimensional Fourier transforming the region has the intensity distribution I (X, Y) in the XY plane and the phase distribution P (X, Y) in the XY plane, with j as the imaginary unit. Given by the following equation: F (X, Y) = I (X, Y) × exp {P (X, Y) j}, in the phase modulation layer, each lattice of the virtual square lattice Let φ be the angle formed by the X-axis and the direction toward the center of gravity of each of the corresponding different refractive index regions from the point, and let C be the constant. If the position of a square grid point is (x, y) and the angle at the position (x, y) is φ (x, y), then φ (x, y) = C × P (X, Y) is satisfied. It is characterized by.

ビームパターンで構成される文字は、アルファベット、日本語、中国語、ドイツ語などの世界各国の文字の意味であり、日本語の場合は、漢字、ひらがな、カタカナを含む。このような文字を表示しようとする場合、ビームパターンをフーリエ変換して、その複素振幅の位相部に応じた角度φの方向に、異屈折率領域の重心位置を、仮想的な正方格子の格子点位置からずらせばよい。 The characters composed of the beam pattern have the meanings of characters from all over the world such as alphabet, Japanese, Chinese, and German, and in the case of Japanese, they include kanji, hiragana, and katakana. When trying to display such characters, the beam pattern is Fourier transformed to determine the position of the center of gravity of the different refractive index region in the direction of the angle φ corresponding to the phase part of the complex amplitude, which is a lattice of a virtual square lattice. You can shift it from the point position.

本発明の半導体発光素子によれば、所望のビームパターンを簡単に得ることができる。 According to the semiconductor light emitting device of the present invention, a desired beam pattern can be easily obtained.

図1は、レーザ装置の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a laser device. 図2は、レーザ素子の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a laser element. 図3は、レーザ素子を構成する各化合物半導体層の材料、導電型、厚み(nm)の関係を示す図表である。FIG. 3 is a chart showing the relationship between the material, the conductive type, and the thickness (nm) of each compound semiconductor layer constituting the laser element. 図4は、位相変調層6の平面図である。FIG. 4 is a plan view of the phase modulation layer 6. 図5は、異屈折率領域の位置関係について説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the positional relationship of the different refractive index region. 図6は、位相変調層の特定領域内にのみ図4の屈折率略周期構造を適用した例である。FIG. 6 is an example in which the refractive index substantially periodic structure of FIG. 4 is applied only within a specific region of the phase modulation layer. 図7は、出力ビームパターンと、位相変調層6における角度φとの関係を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining the relationship between the output beam pattern and the angle φ in the phase modulation layer 6. 図8-(A)は、フーリエ変換前の元パターンの配置を説明するための図、図8-(B)は実施の形態により得られるビームパターンの配置を説明するための図である。FIG. 8- (A) is a diagram for explaining the arrangement of the original pattern before the Fourier transform, and FIG. 8- (B) is a diagram for explaining the arrangement of the beam pattern obtained by the embodiment. 図9は、レーザ素子の構成を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the laser element. 図10-(A)は、実施の形態に用いた元パターンを説明するための図、図10-(B)は実施の形態に用いた元パターンを2次元フーリエ変換して得られた強度分布を説明するための図、図10-(C)は実施の形態に用いた元パターンを2次元フーリエ変換して得られた位相分布を説明するための図である。FIG. 10- (A) is a diagram for explaining the original pattern used in the embodiment, and FIG. 10- (B) is an intensity distribution obtained by performing a two-dimensional Fourier transform on the original pattern used in the embodiment. 10- (C) is a diagram for explaining a phase distribution obtained by performing a two-dimensional Fourier transform on the original pattern used in the embodiment. 図11-(A)は、第1の実施の形態における異屈折率分布の一部を抜粋した図、図11-(B)は第1の実施の形態で得られるビームパターンを示した図である。FIG. 11- (A) is a diagram showing a part of the different refractive index distribution in the first embodiment, and FIG. 11- (B) is a diagram showing a beam pattern obtained in the first embodiment. is there. 図12は、フィリングファクターFFと距離r(a)との関係に応じた、出力ビームパターンのS/N比を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing the S / N ratio of the output beam pattern according to the relationship between the filling factor FF and the distance r (a). 図13-(A)は、第2の実施の形態における異屈折率分布の一部を抜粋した図、図13-(B)は、第2の実施の形態で得られるビームパターンを示した図である。FIG. 13- (A) is an excerpt of a part of the different refractive index distribution in the second embodiment, and FIG. 13- (B) is a diagram showing the beam pattern obtained in the second embodiment. Is. 図14は、フィリングファクターFFと距離r(a)との関係に応じた、出力ビームパターンのS/N比を示すグラフである。FIG. 14 is a graph showing the S / N ratio of the output beam pattern according to the relationship between the filling factor FF and the distance r (a). 図15-(A)は、第3の実施の形態における異屈折率分布の一部を抜粋した図、第3の実施の形態で得られるビームパターンを示した図15-(B)である。15- (A) is an excerpt of a part of the different refractive index distribution in the third embodiment, and FIG. 15- (B) shows the beam pattern obtained in the third embodiment. 図16は、フィリングファクターFFと距離r(a)との関係に応じた、出力ビームパターンのS/N比を示すグラフである。FIG. 16 is a graph showing the S / N ratio of the output beam pattern according to the relationship between the filling factor FF and the distance r (a). 図17は、図12の場合の距離r(a)とS/N比の関係を示すグラフである。FIG. 17 is a graph showing the relationship between the distance r (a) and the S / N ratio in the case of FIG. 図18は、図14の場合の距離r(a)とS/N比の関係を示すグラフである。FIG. 18 is a graph showing the relationship between the distance r (a) and the S / N ratio in the case of FIG. 図19は、図16の場合の距離r(a)とS/N比の関係を示すグラフである。FIG. 19 is a graph showing the relationship between the distance r (a) and the S / N ratio in the case of FIG. 図20は、それぞれの異屈折率領域6BのXY平面内の形状を示す平面図である。FIG. 20 is a plan view showing the shape of each of the different refractive index regions 6B in the XY plane. 図21は、それぞれの異屈折率領域6BのXY平面内の形状を示す平面図である。FIG. 21 is a plan view showing the shape of each of the different refractive index regions 6B in the XY plane. 図22-(A)は、位相変調層におけるΓ点発振時の波数ベクトルを示す図であり、図22-(B)は、位相変調層におけるM点発振時の波数ベクトルを示す図である。FIG. 22- (A) is a diagram showing a wave vector at the time of Γ point oscillation in the phase modulation layer, and FIG. 22- (B) is a diagram showing a wave vector at the time of M point oscillation in the phase modulation layer. 図23は、目標パターンを示す図である。FIG. 23 is a diagram showing a target pattern. 図24は、図23に対応する位相変調層の位相分布パターンを示す図である。FIG. 24 is a diagram showing a phase distribution pattern of the phase modulation layer corresponding to FIG. 23. 図25は、図23に対応する位相変調層の穴形状の電子顕微鏡写真の図である。FIG. 25 is an electron micrograph of the hole shape of the phase modulation layer corresponding to FIG. 23. 図26は、図23に対応するレーザ素子のビームパターンを示す写真の図である。FIG. 26 is a photograph showing the beam pattern of the laser element corresponding to FIG. 23. 図27は、図26に対応するレーザ素子のビームパターンの波長と光強度の関係を示すグラフである。FIG. 27 is a graph showing the relationship between the wavelength and the light intensity of the beam pattern of the laser element corresponding to FIG. 26. 図28は、図26に対応するレーザ素子のピーク電流(mA)とレーザ光ピーク強度(mW)との関係を示すグラフである。FIG. 28 is a graph showing the relationship between the peak current (mA) and the laser light peak intensity (mW) of the laser element corresponding to FIG. 26. 図29は、図26に対応するレーザ素子の光強度の分光スペクトル・角度依存性測定結果の発振波長での等波長プロットをした図である。FIG. 29 is a diagram showing an equal wavelength plot at the oscillation wavelength of the spectral spectrum / angle dependence measurement result of the light intensity of the laser element corresponding to FIG. 26. 図30は、図29におけるΓ−X方向とΓ−M方向に沿った断面における波数(2π/a)と波長(nm)の関係を示すグラフである。FIG. 30 is a graph showing the relationship between the wave number (2π / a) and the wavelength (nm) in the cross section along the Γ-X direction and the Γ-M direction in FIG. 29. 図31は、図29の素子における発振前のΓ−X方向とΓ−M方向に沿った断面における波数(2π/a)と波長(nm)の関係についての測定結果を示すグラフである。FIG. 31 is a graph showing the measurement results regarding the relationship between the wave number (2π / a) and the wavelength (nm) in the cross section along the Γ-X direction and the Γ-M direction before oscillation in the element of FIG. 29. 図32は、目標パターンを示す図である。FIG. 32 is a diagram showing a target pattern. 図33は、図32に対応する位相変調層の位相分布パターンを示す図である。FIG. 33 is a diagram showing a phase distribution pattern of the phase modulation layer corresponding to FIG. 32. 図34は、図32に対応するビームパターンを示す図である。FIG. 34 is a diagram showing a beam pattern corresponding to FIG. 32. 図35は、図32に対応するレーザ素子のビームパターンの波長と光強度の関係を示すグラフである。FIG. 35 is a graph showing the relationship between the wavelength and the light intensity of the beam pattern of the laser element corresponding to FIG. 32. 図36は、図34に対応するレーザ素子のピーク電流(mA)と光強度(mW)の関係を示すグラフである。FIG. 36 is a graph showing the relationship between the peak current (mA) and the light intensity (mW) of the laser element corresponding to FIG. 34. 図37は、目標パターンを示す図である。FIG. 37 is a diagram showing a target pattern. 図38は、図37に対応する位相変調層の位相分布パターンを示す図である。FIG. 38 is a diagram showing a phase distribution pattern of the phase modulation layer corresponding to FIG. 37. 図39は、図37に対応するビームパターンを示す図である。FIG. 39 is a diagram showing a beam pattern corresponding to FIG. 37. 図40は、図37に対応するレーザ素子のビームパターンの波長と光強度の関係を示すグラフである。FIG. 40 is a graph showing the relationship between the wavelength and the light intensity of the beam pattern of the laser element corresponding to FIG. 37. 図41は、図39に対応するレーザ素子のピーク電流(mA)と光強度(mW)の関係を示すグラフである。FIG. 41 is a graph showing the relationship between the peak current (mA) and the light intensity (mW) of the laser element corresponding to FIG. 39. 図42は、目標パターンを示す図である。FIG. 42 is a diagram showing a target pattern. 図43は、図42に対応する位相変調層の位相分布パターンを示す図である。FIG. 43 is a diagram showing a phase distribution pattern of the phase modulation layer corresponding to FIG. 42. 図44は、図42に対応するビームパターンを示す図である。FIG. 44 is a diagram showing a beam pattern corresponding to FIG. 42. 図45は、図42に対応するレーザ素子のビームパターンの波長と光強度の関係を示すグラフである。FIG. 45 is a graph showing the relationship between the wavelength and the light intensity of the beam pattern of the laser element corresponding to FIG. 42. 図46は、図44に対応するレーザ素子のピーク電流(mA)と光強度(mW)の関係を示すグラフである。FIG. 46 is a graph showing the relationship between the peak current (mA) and the light intensity (mW) of the laser element corresponding to FIG. 44. 図47は、目標パターンを示す図である。FIG. 47 is a diagram showing a target pattern. 図48は、図47に対応する位相変調層の位相分布パターンを示す図である。FIG. 48 is a diagram showing a phase distribution pattern of the phase modulation layer corresponding to FIG. 47. 図49は、図47に対応するビームパターンを示す図である。FIG. 49 is a diagram showing a beam pattern corresponding to FIG. 47. 図50は、図47に対応するレーザ素子のビームパターンの波長と光強度の関係を示すグラフである。FIG. 50 is a graph showing the relationship between the wavelength and the light intensity of the beam pattern of the laser element corresponding to FIG. 47. 図51は、図49に対応するレーザ素子のピーク電流(mA)と光強度(mW)の関係を示すグラフである。FIG. 51 is a graph showing the relationship between the peak current (mA) and the light intensity (mW) of the laser element corresponding to FIG. 49.

以下、実施の形態に係るレーザ素子(半導体発光素子)及びレーザ装置について説明する。同一要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。 Hereinafter, the laser element (semiconductor light emitting element) and the laser device according to the embodiment will be described. The same reference numerals are used for the same elements, and duplicate description will be omitted.

図1は、レーザ装置の構成を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a laser device.

支持基板SB上には、複数のレーザ素子LDが一次元又は二次元状に配置されている。個々のレーザ素子LDは、支持基板SBの裏面又は内部に設けられた駆動回路DRVによって駆動される。すなわち、制御回路CONTからの指示により、駆動回路DRVは、個々のレーザ素子LDに駆動電流を供給する。例えば、二次元状に配置されたレーザ素子LDに、これらが配置されたアドレスの順番に従って駆動電流を供給する。レーザ素子LDからはレーザビームが基板に垂直な方向からそれぞれある特定の傾きをもった方向に出射される。レーザ素子LDがアドレスの順番に順次点灯すると、疑似的にレーザビームで対象物が走査されることになる。対象物によって反射されたレーザビームLBは、フォトダイオードなどの光検出器PDによって検出することができる。 A plurality of laser element LDs are arranged one-dimensionally or two-dimensionally on the support substrate SB. Each laser element LD is driven by a drive circuit DRV provided on the back surface or inside of the support substrate SB. That is, according to the instruction from the control circuit CONT, the drive circuit DRV supplies a drive current to each laser element LD. For example, a drive current is supplied to the laser elements LD arranged two-dimensionally in the order of the addresses in which they are arranged. A laser beam is emitted from the laser element LD from a direction perpendicular to the substrate in a direction having a specific inclination. When the laser element LDs are turned on in the order of the addresses, the object is scanned by the laser beam in a pseudo manner. The laser beam LB reflected by the object can be detected by a photodetector PD such as a photodiode.

制御回路CONTには、光検出器PDによって検出されたレーザビーム強度を示す検出信号が入力される。レーザ素子LDがパルス駆動される場合には、光検出器PDは、レーザビームの出射タイミングから検出タイミングまでの時間を測定、すなわち対象物までの距離を測定することができる。 A detection signal indicating the laser beam intensity detected by the photodetector PD is input to the control circuit CONT. When the laser element LD is pulse-driven, the photodetector PD can measure the time from the emission timing of the laser beam to the detection timing, that is, the distance to the object.

かかるレーザ装置は、例えば、以下の用途に用いることができる。例えば、対象物にレーザビームを照射し、レーザビーム照射位置までの距離を計測することにより、対象物の三次元形状を計測することができる。三次元形状のデータを用いれば、これを種々の加工装置や医療機器に利用することができる。また、車両などの移動体にレーザビームを出力すれば、障害物までの方向に応じた距離を測定することができ、距離に応じて、ブレーキやハンドルを自動制御又はアシスト制御する安全装置に利用することも可能である。 Such a laser device can be used, for example, in the following applications. For example, the three-dimensional shape of an object can be measured by irradiating the object with a laser beam and measuring the distance to the laser beam irradiation position. If the three-dimensional shape data is used, it can be used for various processing devices and medical devices. In addition, if a laser beam is output to a moving body such as a vehicle, the distance can be measured according to the direction to the obstacle, and it is used as a safety device that automatically controls or assists the brakes and handles according to the distance. It is also possible to do.

以下、上述のレーザ装置に用いられる半導体レーザ素子の詳細構造について説明する。レーザ素子は、様々な強度パターンのレーザ光を出射することができる。 Hereinafter, the detailed structure of the semiconductor laser device used in the above-mentioned laser device will be described. The laser element can emit laser light having various intensity patterns.

図2は、レーザ素子の構成を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a laser element.

このレーザ素子LDは、活性層4からのレーザ光を選択して外部に出力している。なお、レーザ素子の構造として、従来のように、半導体レーザ素子などのレーザ素子本体から、光ファイバを介して、或いは、直接的に、位相変調層6内にレーザ光が入射する構成としてもよい。位相変調層6内に入射したレーザ光は、位相変調層6内において位相変調層の格子に応じた所定のモードを形成し、位相変調層6の表面から垂直方向に所望のパターンを有するレーザビームとして、外部に出射される。 The laser element LD selects the laser light from the active layer 4 and outputs it to the outside. The structure of the laser element may be such that the laser light is incident into the phase modulation layer 6 from the main body of the laser element such as a semiconductor laser element via an optical fiber or directly as in the conventional case. .. The laser beam incident on the phase modulation layer 6 forms a predetermined mode in the phase modulation layer 6 according to the lattice of the phase modulation layer, and has a desired pattern in the direction perpendicular to the surface of the phase modulation layer 6. Is emitted to the outside.

レーザ素子LDは、XY面内方向に定在波を形成し、Z方向に位相制御された平面波を出力するレーザ光源であり、レーザ光を発生する活性層4と、活性層4を挟む上部クラッド層7及び下部クラッド層2と、これらの間に設けられ活性層4を挟む光ガイド層3,5を備えており、上部クラッド層7と活性層4との間には、位相変調層6が設けられている。なお、図2に示す構造では、第2電極E2は、コンタクト層8の中央領域に設けられている。 The laser element LD is a laser light source that forms a standing wave in the XY in-plane direction and outputs a plane wave whose phase is controlled in the Z direction, and is an active layer 4 that generates laser light and an upper cladding that sandwiches the active layer 4. A layer 7 and a lower clad layer 2 and optical guide layers 3 and 5 provided between them and sandwiching the active layer 4 are provided, and a phase modulation layer 6 is provided between the upper clad layer 7 and the active layer 4. It is provided. In the structure shown in FIG. 2, the second electrode E2 is provided in the central region of the contact layer 8.

この構造においては、半導体基板1上には、下部クラッド層2、下部光ガイド層3、活性層4、上部光ガイド層5、位相変調層6、上部クラッド層7、コンタクト層8が順次積層されており、半導体基板1の下面には第1電極E1が設けられ、コンタクト層8の上面には第2電極E2が設けられている。第1電極E1と第2電極E2との間に駆動電流が供給された場合、活性層4内において電子と正孔の再結合が生じ、活性層4が発光する。これらの発光に寄与するキャリア及び発生した光は、上下の光ガイド層3,5とクラッド層2,7によって、これらの間に効率的に閉じ込められる。 In this structure, the lower clad layer 2, the lower optical guide layer 3, the active layer 4, the upper optical guide layer 5, the phase modulation layer 6, the upper clad layer 7, and the contact layer 8 are sequentially laminated on the semiconductor substrate 1. The first electrode E1 is provided on the lower surface of the semiconductor substrate 1, and the second electrode E2 is provided on the upper surface of the contact layer 8. When a drive current is supplied between the first electrode E1 and the second electrode E2, electrons and holes are recombined in the active layer 4, and the active layer 4 emits light. The carriers contributing to these light emission and the generated light are efficiently trapped between the upper and lower optical guide layers 3 and 5 and the clad layers 2 and 7.

活性層4から出射されたレーザ光は、位相変調層6の内部に入射し、所定のモードを形成する。なお、位相変調層6は、第1屈折率媒質からなる基本層6Aと、第1屈折率媒質とは屈折率の異なる第2屈折率媒質からなり、基本層6A内に存在する複数の異屈折率領域6Bとを備えている。複数の異屈折率領域6Bは略周期構造を含んでいる。位相変調層6内に入射したレーザ光は、上部クラッド層7、コンタクト層8、上部電極E2を介して、レーザビームとして、基板表面に垂直に外部に出射される。 The laser light emitted from the active layer 4 enters the inside of the phase modulation layer 6 and forms a predetermined mode. The phase modulation layer 6 is composed of a basic layer 6A made of a first refractive index medium and a second refractive index medium having a refractive index different from that of the first refractive index medium, and a plurality of different refractive indexes existing in the basic layer 6A. It has a rate region 6B. The plurality of different refractive index regions 6B include a substantially periodic structure. The laser light incident on the phase modulation layer 6 is emitted to the outside as a laser beam perpendicular to the substrate surface via the upper clad layer 7, the contact layer 8, and the upper electrode E2.

位相変調層6の実効屈折率をnとした場合、位相変調層6が選択する波長λ(=a×n)は、活性層4の発光波長範囲内に含まれている。位相変調層(回折格子層)は、活性層の発光波長のうちの波長λを選択して、外部に出力することができる。When the effective refractive index of the phase modulation layer 6 is n, the wavelength λ 0 (= a × n) selected by the phase modulation layer 6 is included in the emission wavelength range of the active layer 4. The phase modulation layer (diffraction grating layer) can select the wavelength λ 0 of the emission wavelengths of the active layer and output it to the outside.

このときの発振状態は、摂動が0であった場合、すなわちr=0の場合には、図22-(A)に示すように、正方格子のΓ点発振に対応したものとなり、基本波の波数ベクトルが同図に示すように、位相変調層6の面内において、横方向(Γ−X方向)と縦方向(Γ―Y方向)を向く。なお、距離rは、位相変調層6における仮想的な正方格子の格子点位置Oと孔の重心との間の距離であり、r=0は、摂動が無い場合を示す。rがゼロでない場合には、面内で発生した定在波のうち一部は所望のパターンを有するレーザビームとして、基板表面に垂直に外部に出射される。なお、逆格子ベクトルは基本ベクトルの2π/a倍である。 The oscillation state at this time corresponds to the Γ-point oscillation of the square lattice when the perturbation is 0, that is, when r = 0, as shown in FIG. 22- (A), and the oscillation state of the fundamental wave. As shown in the figure, the wave vector faces the horizontal direction (Γ-X direction) and the vertical direction (Γ-Y direction) in the plane of the phase modulation layer 6. The distance r is the distance between the lattice point position O of the virtual square lattice in the phase modulation layer 6 and the center of gravity of the hole, and r = 0 indicates the case where there is no perturbation. When r is not zero, a part of the standing waves generated in the plane is emitted to the outside perpendicularly to the substrate surface as a laser beam having a desired pattern. The reciprocal lattice vector is 2π / a times the basic vector.

また、位相変調層6の実効屈折率をnとした場合、位相変調層6が選択する波長λ(=√2×a×n)は、活性層4の発光波長範囲内に含まれている。なお、√2=20.5である。位相変調層(回折格子層)は、活性層の発光波長のうちの波長λを選択して、外部に出力することができる。このときの発振状態は、摂動が0であった場合、すなわちr=0の場合には、図22-(B)に示すように、正方格子のM点発振に対応したものとなる。図22-(B)に示すように、レーザ発振の基本波のベクトルが、(A)の場合と比較して、45度回転したものとなる。詳説すれば、(B)の発振モードでは、発振波長が(A)の場合と同一のままで、格子内での発振方向が異なる。(A)の発振モードでは、正方格子の格子に沿った4方向に主要光波が進む定在波が形成されているが、(B)の発振モードではこれとは45度回転した方向、つまり対角線方向に主要光波が進行する。Further, when the effective refractive index of the phase modulation layer 6 is n, the wavelength λ 0 (= √2 × a × n) selected by the phase modulation layer 6 is included in the emission wavelength range of the active layer 4. .. Note that it is √2 = 2 0.5. The phase modulation layer (diffraction grating layer) can select the wavelength λ 0 of the emission wavelengths of the active layer and output it to the outside. The oscillation state at this time corresponds to the M-point oscillation of the square lattice as shown in FIG. 22- (B) when the perturbation is 0, that is, when r = 0. As shown in FIG. 22- (B), the vector of the fundamental wave of the laser oscillation is rotated by 45 degrees as compared with the case of (A). More specifically, in the oscillation mode of (B), the oscillation wavelength remains the same as in the case of (A), but the oscillation direction in the lattice is different. In the oscillation mode of (A), a standing wave in which the main light wave travels in four directions along the grid of the square lattice is formed, but in the oscillation mode of (B), a direction rotated by 45 degrees, that is, a diagonal line is formed. The main light wave travels in the direction.

図3は、レーザ素子を構成する各化合物半導体層の材料、導電型、厚み(nm)の関係を示す図表である。 FIG. 3 is a chart showing the relationship between the material, the conductive type, and the thickness (nm) of each compound semiconductor layer constituting the laser element.

各要素の材料は、図3に示す通りであり、半導体基板1はGaAsからなり、下部クラッド層2はAlGaAsからなり、下部光ガイド層3はAlGaAsからなり、活性層4は多重量子井戸構造MQW(障壁層:AlGaAs/井戸層:InGaAs)からなり、上部光ガイド層5は、下層AlGaAs/上層GaAsからなり、位相変調層(屈折率変調層)6は基本層6AがGaAs、基本層6A内に埋め込まれた異屈折率領域(埋込層)6BがAlGaAsからなり、上部クラッド層7がAlGaAsからなり、コンタクト層8がGaAsからなる。 The material of each element is as shown in FIG. 3, the semiconductor substrate 1 is made of GaAs, the lower clad layer 2 is made of AlGaAs, the lower optical guide layer 3 is made of AlGaAs, and the active layer 4 is made of multiple quantum well structure MQW. (Barrier layer: AlGaAs / Well layer: InGaAs), the upper optical guide layer 5 is composed of the lower AlGaAs / upper GaAs, and the phase modulation layer (refractive index modulation layer) 6 has a basic layer 6A of GaAs and a basic layer 6A inside. The different refractive index region (embedded layer) 6B embedded in is made of AlGaAs, the upper clad layer 7 is made of AlGaAs, and the contact layer 8 is made of GaAs.

なお、各層には、図3に示すように、第1導電型(N型)の不純物又は、第2導電型(P型)の不純物が添加されており(不純物濃度は1×1017〜1×1021/cm)、意図的にはいずれの不純物も添加されていない領域は真性(I型)となっている。I型の不純物濃度は1×1015/cm以下である。As shown in FIG. 3, each layer contains impurities of the first conductive type (N type) or impurities of the second conductive type (P type) (impurity concentration is 1 × 10 17 to 1). × 10 21 / cm 3 ), the region to which no impurities are intentionally added is true (type I). The concentration of type I impurities is 1 × 10 15 / cm 3 or less.

また、クラッド層のエネルギーバンドギャップは、光ガイド層のエネルギーバンドギャップよりも大きく、光ガイド層のエネルギーバンドギャップは活性層4の井戸層のエネルギーバンドギャップよりも大きく設定されている。AlGaAsにおいては、Alの組成比を変更することで、容易にエネルギーバンドギャップと屈折率を変えることができる。AlGa1−XAsにおいて、相対的に原子半径の小さなAlの組成比Xを減少(増加)させると、これと正の相関にあるエネルギーバンドギャップは小さく(大きく)なり、GaAsに原子半径の大きなInを混入させてInGaAsとすると、エネルギーバンドギャップは小さくなる。すなわち、クラッド層のAl組成比は、光ガイド層のAl組成比よりも大きく、光ガイド層のAl組成比は、活性層の障壁層(AlGaAs)よりもAl組成以上である。クラッド層のAl組成比は0.2〜0.4に設定され、本例では0.3とする。光ガイド層及び活性層における障壁層のAl組成比は0.1〜0.15に設定され、本例では0.1とする。Further, the energy bandgap of the clad layer is set to be larger than the energy bandgap of the optical guide layer, and the energy bandgap of the optical guide layer is set to be larger than the energy bandgap of the well layer of the active layer 4. In AlGaAs, the energy band gap and the refractive index can be easily changed by changing the composition ratio of Al. In Al X Ga 1-X As, when the composition ratio X of Al having a relatively small atomic radius is decreased (increased), the energy band gap positively correlated with this becomes small (large), and the atomic radius becomes GaAs. When InGaAs is obtained by mixing a large amount of In, the energy band gap becomes small. That is, the Al composition ratio of the clad layer is larger than the Al composition ratio of the optical guide layer, and the Al composition ratio of the optical guide layer is higher than the Al composition of the barrier layer (AlGaAs) of the active layer. The Al composition ratio of the clad layer is set to 0.2 to 0.4, which is 0.3 in this example. The Al composition ratio of the barrier layer in the optical guide layer and the active layer is set to 0.1 to 0.15, which is 0.1 in this example.

また、各層の厚みは、図3に示す通りであり、同図内の数値範囲は好適値を示し、括弧内の数値は最適値を示している。位相変調層からZ方向に平面波として出射されるレーザ光の位相は、位相変調層の特性にも依存するため、位相変調層として機能している。 The thickness of each layer is as shown in FIG. 3, the numerical range in the figure shows a preferable value, and the numerical value in parentheses shows an optimum value. Since the phase of the laser beam emitted from the phase modulation layer as a plane wave in the Z direction also depends on the characteristics of the phase modulation layer, it functions as a phase modulation layer.

なお、図9に示すように、下部クラッド層2と活性層4との間に、位相変調層6を設けることとしてもよい。この場合には、位相変調層6は、下部クラッド層2と光ガイド層3との間に挟まれる位置に配置することができる。この構造においても、上記と同様の作用を奏する。すなわち、活性層4から出射されたレーザ光は、位相変調層6の内部に入射し、所定のモードを形成する。位相変調層6内に入射したレーザ光は、下部光ガイド層、活性層4、上部光ガイド層5、上部クラッド層7、コンタクト層8、上部電極E2を介して、レーザビームとして、基板表面に垂直な方向に向けて出射される。なお、レーザビームは、基板表面に垂直な方向から傾けて出射させることもできる。 As shown in FIG. 9, a phase modulation layer 6 may be provided between the lower clad layer 2 and the active layer 4. In this case, the phase modulation layer 6 can be arranged at a position sandwiched between the lower clad layer 2 and the optical guide layer 3. This structure also has the same effect as described above. That is, the laser light emitted from the active layer 4 is incident on the inside of the phase modulation layer 6 to form a predetermined mode. The laser beam incident in the phase modulation layer 6 passes through the lower light guide layer, the active layer 4, the upper light guide layer 5, the upper clad layer 7, the contact layer 8, and the upper electrode E2 as a laser beam on the substrate surface. It is emitted in the vertical direction. The laser beam can also be emitted at an angle perpendicular to the substrate surface.

なお、図示はしないが、上部クラッド層7と下部クラッド層2の間に位相変調層6と活性層4を含む構造であれば同様の効果が得られる。 Although not shown, the same effect can be obtained if the structure includes the phase modulation layer 6 and the active layer 4 between the upper clad layer 7 and the lower clad layer 2.

なお、電極形状を変形し、基板の下面からレーザ光を出射することもできる。すなわち、半導体基板1の下面において、第2電極E2に対向する領域において、第1電極E1が開口している場合、レーザビームは下面から外部に出射する。この場合、半導体基板1の下面に設けられた第1電極E1は、中央部に開口を有する開口電極であり、第1電極E1の開口内及び周辺には、反射防止膜が設けることとしてもよい。この場合、反射防止膜は、窒化シリコン(SiN)、二酸化シリコン(SiO)などの誘電体単層膜或いは誘電体多層膜からなる。誘電体多層膜としては、例えば、酸化チタン(TiO)、二酸化シリコン(SiO)、一酸化シリコン(SiO)、酸化ニオブ(Nb)、五酸化タンタル(Ta)、フッ化マグネシウム(MgF)、酸化チタン(TiO)、酸化アルミニウム(Al)、酸化セリウム(CeO)、酸化インジウム(In)、酸化ジルコニウム(ZrO)などの誘電体層群から選択される2種類以上の誘電体層を適当に積層した膜を用いることができる。例えば、波長λの光に対する光学膜厚で、λ/4の厚さの膜を積層する。なお、反射膜や反射防止膜は、スパッタ法を用いて形成することができる。It is also possible to deform the electrode shape and emit laser light from the lower surface of the substrate. That is, when the first electrode E1 is open on the lower surface of the semiconductor substrate 1 in the region facing the second electrode E2, the laser beam is emitted from the lower surface to the outside. In this case, the first electrode E1 provided on the lower surface of the semiconductor substrate 1 is an opening electrode having an opening in the central portion, and an antireflection film may be provided in and around the opening of the first electrode E1. .. In this case, the antireflection film is composed of a dielectric single-layer film such as silicon nitride (SiN) or silicon dioxide (SiO 2 ) or a dielectric multilayer film. Examples of the dielectric multilayer film include titanium oxide (TiO 2 ), silicon dioxide (SiO 2 ), silicon monoxide (SiO), niobium oxide (Nb 2 O 5 ), tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ), and foot. Dielectric layers such as magnesium oxide (MgF 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), cerium oxide (CeO 2 ), indium oxide (In 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ) A film in which two or more kinds of dielectric layers selected from the group are appropriately laminated can be used. For example, a film having a thickness of λ / 4 is laminated with an optical film thickness for light having a wavelength of λ. The reflective film and the antireflection film can be formed by using a sputtering method.

また、コンタクト層8の上面には、第2電極E2が設けられているが、コンタクト電極E2の形成領域以外の領域は、必要に応じて、SiO又はシリコン窒化物などの絶縁膜で被覆し、表面を保護することができる。A second electrode E2 is provided on the upper surface of the contact layer 8, but a region other than the region where the contact electrode E2 is formed is covered with an insulating film such as SiO 2 or silicon nitride, if necessary. , The surface can be protected.

なお、上述の構造では、基本層6Aの複数箇所において、エッチングにより、周期的に空孔を形成し、形成した空孔内に異屈折率領域6Bを有機金属気相成長法、スパッタ法又はエピタキシャル法を、埋め込んでいるが、基本層6Aの孔内に異屈折率領域6Bを埋め込んだ後、更に、その上に異屈折率領域6Bと同一の材料した異屈折率被覆層を堆積してもよい。 In the above-mentioned structure, pores are periodically formed by etching at a plurality of locations of the basic layer 6A, and the different refractive index region 6B is formed in the formed pores by an organic metal vapor phase growth method, a sputtering method, or an epitaxial method. Although the method is embedded, even if the different refractive index region 6B is embedded in the pores of the basic layer 6A and then the different refractive index coating layer made of the same material as the different refractive index region 6B is deposited on it. Good.

図4は、上述の位相変調層6の平面図である。 FIG. 4 is a plan view of the above-mentioned phase modulation layer 6.

位相変調層6は、第1屈折率媒質からなる基本層6Aと、第1屈折率媒質とは屈折率の異なる第2屈折率媒質からなる異屈折率領域6Bとからなる。異屈折率領域6Bは、化合物半導体であるが、アルゴン、窒素又は空気等が封入された空孔であってもよい。 The phase modulation layer 6 includes a basic layer 6A made of a first refractive index medium and a different refractive index region 6B made of a second refractive index medium having a refractive index different from that of the first refractive index medium. The different refractive index region 6B is a compound semiconductor, but may be a pore filled with argon, nitrogen, air, or the like.

複数の異屈折率領域6Bは、厚み方向(Z軸)に垂直な第1面積(XY平面内の面積S1)を有する孔内の第1異屈折率領域6B1のみを、単位構成領域R11〜R34に1つずつ有している。第1異屈折率領域6B1が円形である場合は、その直径をDとすれば、S=π(D/2)である。1つの単位構成領域R11〜R34内に占める第1異屈折率領域6B1の面積Sの比率をフィリングファクタ(FF)とする。1つの単位構成領域R11〜R34の面積は、仮想的な正方格子の1つの単位格子内の面積に等しい。The plurality of different refractive index regions 6B includes only the first different refractive index regions 6B1 in the hole having the first area (area S1 in the XY plane) perpendicular to the thickness direction (Z axis), and the unit constituent regions R11 to R34. I have one in each. When the first different refractive index region 6B1 is circular, if its diameter is D, then S = π (D / 2) 2 . The ratio of the area S of the first different refractive index region 6B1 to the one unit constituent region R11 to R34 is defined as the filling factor (FF). The area of one unit constituent area R11 to R34 is equal to the area of one virtual square lattice in one unit lattice.

ここで、単位構成領域R11〜R34を規定する。それぞれの単位構成領域R11〜R34は、1つの第1異屈折率領域6B1のみからなる。単位構成領域R11〜R34内における、第1異屈折率領域6B1の(重心G)は、これに最も近い仮想的な正方格子の格子点O(図5参照)から、シフトした位置にある。 Here, the unit constituent areas R11 to R34 are defined. Each unit constituent region R11 to R34 comprises only one first different refractive index region 6B1. The (center of gravity G) of the first different refractive index region 6B1 in the unit constituent regions R11 to R34 is located at a position shifted from the grid point O (see FIG. 5) of the virtual square lattice closest to the center of gravity G1.

図5を参照すると、仮想的な正方格子の格子点Oから重心Gに向かう方向とX軸との成す角度をφ(x,y)とする。xはX軸におけるx番目の格子点の位置、yはY軸におけるy番目の格子点の位置を示す。回転角度φがX軸の正方向に一致している場合をφ=0°とする。 With reference to FIG. 5, the angle formed by the direction from the grid point O of the virtual square grid toward the center of gravity G and the X axis is φ (x, y). x indicates the position of the x-th grid point on the X-axis, and y indicates the position of the y-th grid point on the Y-axis. When the rotation angle φ coincides with the positive direction of the X axis, φ = 0 °.

図4に示すように、位相変調層6においては、X軸及びY軸を含むXY平面内において、複数の単位構成領域R11〜R34が二次元的に配置されており、それぞれの単位構成領域のXY座標をぞれぞれの単位構成領域の重心位置で与えられることとすると、この重心位置は仮想的な正方格子の格子点に一致する。単位構成領域R11〜R34のXY座標を(X,Y)とする。 As shown in FIG. 4, in the phase modulation layer 6, a plurality of unit configuration regions R11 to R34 are two-dimensionally arranged in the XY plane including the X-axis and the Y-axis, and each unit configuration region Assuming that the XY coordinates are given at the position of the center of gravity of each unit constituent region, this position of the center of gravity coincides with the grid points of the virtual square lattice. Let the XY coordinates of the unit constituent areas R11 to R34 be (X, Y).

単位構成領域R11の座標は(x1、y1)であり、単位構成領域Rmnの座標は(xm、yn)である(m、nは自然数)。このとき、回転角度分布φ(x,y)は、x(=x1、x2、x3、x4・・・)およびy(=y1,y2,y3,y4・・・)で決まる位置毎に特定の値を有するが、必ずしも特定の関数で表わされるとは限らない。すなわち、上述の通り、回転角度分布φ(x,y)は本発明の出力ビームパターンをフーリエ変換して得られる複素振幅分布のうち位相分布を抽出したものから決定することが出来る。この関数は位相変調層全体又は特定領域内に適用することもできる。 The coordinates of the unit constituent area R11 are (x1, y1), and the coordinates of the unit constituent region Rmn are (xm, yn) (m and n are natural numbers). At this time, the rotation angle distribution φ (x, y) is specified for each position determined by x (= x1, x2, x3, x4 ...) And y (= y1, y2, y3, y4 ...). It has a value, but it is not always represented by a specific function. That is, as described above, the rotation angle distribution φ (x, y) can be determined from the complex amplitude distribution obtained by Fourier transforming the output beam pattern of the present invention from which the phase distribution is extracted. This function can also be applied to the entire phase modulation layer or within a specific region.

図6は、位相変調層の特定領域内にのみ図4の屈折率略周期構造を適用した例である。 FIG. 6 is an example in which the refractive index substantially periodic structure of FIG. 4 is applied only within a specific region of the phase modulation layer.

同平面図に示すように、正方形の内側領域RINの内部においては、目的となるビームパターンを出射するための略周期構造(例:図4の構造)が形成されている。一方、内側領域RINを囲む外側領域ROUTには、正方格子の格子点位置に、重心位置が一致する真円形の異屈折率領域が配置されている。例えば、外側領域ROUTにおけるフィリングファクターFFは、12%に設定される。また、内側領域RINの内部も、外側領域ROUT内においても、仮想的に設定される正方格子の格子間隔は同一(=a)である。 As shown in the plan view, a substantially periodic structure (eg, the structure of FIG. 4) for emitting a target beam pattern is formed inside the square inner region RIN. On the other hand, in the outer region ROUT surrounding the inner region RIN, a perfect circular different refractive index region having the same center of gravity position is arranged at the grid point position of the square lattice. For example, the filling factor FF in the outer region ROUT is set to 12%. Further, the lattice spacing of the square lattice virtually set is the same (= a) both inside the inner region RIN and in the outer region ROUT.

この構造の場合、外側領域ROUT内にも光が分布することにより、内側領域RINの周辺部において光強度が急激に変化することで生じる高周波ノイズ(いわゆる窓関数ノイズ)の発生を抑制することが出来るという利点がある。 In the case of this structure, since the light is also distributed in the outer region ROUT, it is possible to suppress the generation of high frequency noise (so-called window function noise) generated by the sudden change in light intensity in the peripheral portion of the inner region RIN. There is an advantage that it can be done.

なお、本発明では、偏光板を用いなくてもよく、光の利用効率が高い。 In the present invention, it is not necessary to use a polarizing plate, and the efficiency of light utilization is high.

図7は、出力ビームパターンと、位相変調層6における角度φとの関係を説明するための図である。この出力ビームパターンは、本発明を駆動して観察されるビームパターンである。図の中心が本発明の基板に対して垂直な方向に対応しており、これを原点とした4つの象限を示している。図7では例として第1象限および第3象限に像が得られる場合を示したが、第2象限および第4象限或いは全ての象限に像を得ることも可能である。このとき、本発明からは原点(つまりデバイスの基板に対して垂直な方向)に関して点対称なビームパターンが得られる。ここでは例として第3象限に文字「A」が、第1象限に文字「A」を180度回転したパターンが得られる場合について説明する。もちろん、ビームパターンは本発明の基板に対して垂直な方向にも得ることが可能であり、この場合点対称な一組のパターンが同時に重なって観察されるが、特に回転対称なビームパターン(例えば、十字、丸、二重丸などのパターン)である場合には重なって一つのパターンとして観察される。ここでは簡単のために例として第1象限および第3象限に像が得られる場合について説明する。 FIG. 7 is a diagram for explaining the relationship between the output beam pattern and the angle φ in the phase modulation layer 6. This output beam pattern is a beam pattern observed by driving the present invention. The center of the figure corresponds to the direction perpendicular to the substrate of the present invention, and four quadrants with this as the origin are shown. In FIG. 7, an image is obtained in the first quadrant and the third quadrant as an example, but it is also possible to obtain an image in the second quadrant and the fourth quadrant or all quadrants. At this time, from the present invention, a beam pattern that is point-symmetrical with respect to the origin (that is, the direction perpendicular to the substrate of the device) can be obtained. Here, as an example, a case where the character "A" is rotated by 180 degrees in the third quadrant and the character "A" is rotated by 180 degrees in the first quadrant will be described. Of course, the beam pattern can also be obtained in a direction perpendicular to the substrate of the present invention, in which case a set of point-symmetrical patterns are observed overlapping at the same time, but a particularly rotationally symmetric beam pattern (for example, , Crosses, circles, double circles, etc.), they overlap and are observed as one pattern. Here, for the sake of simplicity, a case where images can be obtained in the first quadrant and the third quadrant will be described as an example.

実施形態において、出射されるビームパターン(スポットを除く)は、少なくとも1つの:直線、十字架、図形、写真、CG(コンピュータグラフィックス)、格子パターン又は、文字を含んでいる。ビームパターンで構成される文字は、アルファベット、日本語、中国語、ドイツ語などの世界各国の文字の意味であり、日本語の場合は、漢字、ひらがな、カタカナを含む。例えば、出力ビームパターンにおいて、第1象限と第3象限において、「A」という文字を表示したいとする。第1象限においては、第3象限の文字を反転した文字を表示する。この場合、位相変調層を設計するには、第3象限のビームパターンを元画像として、下記手順により角度φを求める。 In embodiments, the emitted beam pattern (excluding spots) includes at least one: a straight line, a cross, a graphic, a photograph, a CG (computer graphics), a grid pattern, or a letter. The characters composed of the beam pattern have the meanings of characters from all over the world such as alphabet, Japanese, Chinese, and German, and in the case of Japanese, they include kanji, hiragana, and katakana. For example, suppose you want to display the letter "A" in the first and third quadrants of an output beam pattern. In the first quadrant, the characters in the third quadrant are inverted. In this case, in order to design the phase modulation layer, the angle φ is obtained by the following procedure using the beam pattern of the third quadrant as the original image.

XY平面内におけるビームパターンの特定の領域(この場合第3象限)を2次元フーリエ変換した複素振幅分布F(X,Y)は、jを虚数単位として、XY平面内の強度分布I(X,Y)と、XY平面内の位相分布P(X,Y)を用いて表され、強度分布と位相分布を得ることができる。 The complex amplitude distribution F (X, Y) obtained by two-dimensional Fourier transforming a specific region (in this case, the third quadrant) of the beam pattern in the XY plane has an intensity distribution I (X, Y) in the XY plane with j as an imaginary unit. It is expressed using Y) and the phase distribution P (X, Y) in the XY plane, and the intensity distribution and the phase distribution can be obtained.

すなわち、F(X,Y)=I(X,Y)×exp{P(X,Y)j}で与えられる。 That is, it is given by F (X, Y) = I (X, Y) × exp {P (X, Y) j}.

ここで、位相変調層6において、上述の仮想的な正方格子のそれぞれの格子点から、対応するそれぞれの異屈折率領域の重心Gへ向かう方向と、X軸との成す角度をφとし、定数をCとし、X軸方向におけるx番目、Y軸方向におけるy番目の仮想的な正方格子点の位置を(x、y)とし、位置(x,y)における角度をφ(x,y)とすると、φ(x、y)=C×P(X,Y)により角度分布φ(x,y)を得ることが出来る。ここで、Cは定数であり、全ての位置(x,y)に対して同一の値を持つ。 Here, in the phase modulation layer 6, the angle formed by the X-axis and the direction from each lattice point of the above-mentioned virtual square lattice toward the center of gravity G of the corresponding different refractive index regions is a constant. Is C, the position of the x-th virtual grid point in the X-axis direction and the y-th virtual square grid point in the Y-axis direction is (x, y), and the angle at the position (x, y) is φ (x, y). Then, the angle distribution φ (x, y) can be obtained by φ (x, y) = C × P (X, Y). Here, C is a constant and has the same value for all positions (x, y).

文字「A」を表示しようとする場合、ビームパターンをフーリエ変換して、その複素振幅の位相に応じた角度φの方向に、異屈折率領域の重心位置Gを、仮想的な正方格子の格子点位置Oからずらせばよい。角度φを調整することにより、任意のビームパターンや一対の斜め方向単峰ビームを得ることもできる。レーザビームのフーリエ変換後の遠視野像は、単一若しくは複数のスポット形状、円環形状、直線形状、文字形状、二重円環形状、又は、ラゲールガウスビーム形状などの各種の形状をとることができる。 When the letter "A" is to be displayed, the beam pattern is Fourier transformed, and the position G of the center of gravity of the different refractive index region is set to the lattice of a virtual square lattice in the direction of the angle φ corresponding to the phase of the complex amplitude. It may be shifted from the point position O. By adjusting the angle φ, it is possible to obtain an arbitrary beam pattern or a pair of diagonal single peak beams. The far-field image after Fourier transform of the laser beam shall take various shapes such as a single or multiple spot shape, a ring shape, a linear shape, a character shape, a double ring shape, or a Laguerre Gaussian beam shape. Can be done.

ビーム方向についても、制御することができるため、レーザ素子を1次元又は2次元にアレイ化することにより、高速走査を電気的に行うレーザ加工機などにも利用することができる。 Since the beam direction can also be controlled, it can be used in a laser processing machine or the like that electrically performs high-speed scanning by arranging the laser elements in one or two dimensions.

また、フーリエ変換で得られた複素振幅分布から強度分布と位相分布を得る方法として、例えば強度分布I(x,y)については、MathWorks社の数値解析ソフトウェア「MATLAB」のabs関数を用いることにより計算することができ、位相分布P(x,y)については、MATLABのangle関数を用いることにより計算することができる。 Further, as a method of obtaining the intensity distribution and the phase distribution from the complex amplitude distribution obtained by the Fourier transform, for example, for the intensity distribution I (x, y), by using the abs function of the numerical analysis software "MATLAB" of MathWorks. It can be calculated, and the phase distribution P (x, y) can be calculated by using the angular function of MATLAB.

なお、本発明により得られるビームパターンの特徴について述べておく。すなわち、前述の通りビームパターンのフーリエ変換結果から角度分布を決定し、各孔の配置を決めるという本発明を実施する際の留意点を述べる。フーリエ変換前のビームパターンを図8(A)の通り1,2,3,4の4つの象限に分割すると、本発明から得られるビームパターンは図8(B)のようになる。つまり、本発明のビームパターンの第一象限には、図8(A)の第一象限を180度回転したものと図8(A)の第三象限が重畳したパターンが現れ、本発明のビームパターンの第二象限には図8(A)の第二象限を180度回転したものと図8(A)の第四象限が重畳したパターンが現れ、本発明のビームパターンの第三象限には図8(A)の第三象限を180度回転したものと図8(A)の第一象限が重畳したパターンが現れ、本発明のビームパターンの第四象限には図8(A)の第四象限を180度回転したものと図8(A)の第2象限が重畳したパターンが現れる。従って、フーリエ変換前のビームパターン(元パターン)として第一象限のみに値を有するものを用いた場合には、本発明から得られるビームパターンには第三象限に元パターンの第一象限が現れ、本発明から得られるビームパターンには第一象限に元パターンの第一象限を180度回転したパターンのみが現れることとなる。 The features of the beam pattern obtained by the present invention will be described. That is, as described above, the points to be noted when carrying out the present invention of determining the angle distribution from the Fourier transform result of the beam pattern and determining the arrangement of each hole will be described. When the beam pattern before the Fourier transform is divided into four quadrants 1, 2, 3 and 4 as shown in FIG. 8 (A), the beam pattern obtained from the present invention is as shown in FIG. 8 (B). That is, in the first quadrant of the beam pattern of the present invention, a pattern in which the first quadrant of FIG. 8 (A) is rotated 180 degrees and the third quadrant of FIG. 8 (A) are superimposed appears, and the beam of the present invention appears. In the second quadrant of the pattern, a pattern in which the second quadrant of FIG. 8 (A) is rotated 180 degrees and the fourth quadrant of FIG. 8 (A) are superimposed appears, and in the third quadrant of the beam pattern of the present invention. A pattern in which the third quadrant of FIG. 8 (A) is rotated 180 degrees and the first quadrant of FIG. 8 (A) are superimposed appears, and the fourth quadrant of the beam pattern of the present invention is the fourth quadrant of FIG. 8 (A). A pattern in which the four quadrants are rotated 180 degrees and the second quadrant in FIG. 8A is superimposed appears. Therefore, when a beam pattern (original pattern) before Fourier conversion that has a value only in the first quadrant is used, the first quadrant of the original pattern appears in the third quadrant in the beam pattern obtained from the present invention. In the beam pattern obtained from the present invention, only a pattern obtained by rotating the first quadrant of the original pattern by 180 degrees appears in the first quadrant.

次に、異屈折率領域の重心位置Gを、仮想的な正方格子の格子点位置Oからずらす量について説明する。重心Gの間隔を規定する格子定数をaとすると、異屈折率領域のフィリングファクターFF=S/aで与えられる。但し、Sは異屈折率領域の面積であり、例えば真円形状の場合には真円の直径をDとすると、S=π×(D/2)で与えられる。また、正方形形状の場合には正方形の一辺の長さをLとすると、S=Lで与えられる。他の形状についても同様である。以下、具体的な実施の形態について説明する。図10(A)は、特に説明の無い限り、全ての実施の形態に共通する元パターンの画像である。704×704の画素で構成される「光」の文字である。このとき、「光」の文字は第一象限に存在しており、第2象限〜第4象限にはパターンが存在しない。図10(B)は図10(A)を2次元フーリエ変換して強度分布を抽出したものであり、704×704の要素で構成される。図10(C)は図10(A)を2次元フーリエ変換して位相分布を抽出したものであり、704×704の要素で構成される。これは同時に角度分布にも対応しており、図10(C)は色の濃淡によって0〜2πの角度の分布を表わしている。色が黒い部分が角度0を表わしている。Next, the amount of shifting the center of gravity position G of the different refractive index region from the lattice point position O of the virtual square lattice will be described. Assuming that the lattice constant that defines the interval of the center of gravity G is a, it is given by the filling factor FF = S / a 2 in the different refractive index region. However, S is the area of the different refractive index region. For example, in the case of a perfect circle, if the diameter of the perfect circle is D, it is given by S = π × (D / 2) 2 . Further, in the case of a square shape, if the length of one side of the square is L, it is given by S = L 2 . The same applies to other shapes. Hereinafter, specific embodiments will be described. FIG. 10A is an image of an original pattern common to all embodiments unless otherwise specified. It is a character of "light" composed of 704 x 704 pixels. At this time, the character "light" exists in the first quadrant, and there is no pattern in the second to fourth quadrants. FIG. 10B is a two-dimensional Fourier transform of FIG. 10A to extract the intensity distribution, and is composed of 704 × 704 elements. FIG. 10C is a phase distribution extracted by performing a two-dimensional Fourier transform on FIG. 10A, and is composed of 704 × 704 elements. This also corresponds to the angle distribution, and FIG. 10C shows the distribution of angles from 0 to 2π depending on the shade of color. The black part represents the angle 0.

図11(A)は第1の実施の形態における異屈折率領域の上面図を一部抜粋して示したものであり、基本層内の異屈折率領域は白く示される。実際には異屈折率領域は704個×704個存在する。異屈折率領域の平面形状は真円であり、孔の直径D=111nm、仮想的な正方格子の格子点位置Oと孔の重心との距離r=8.52nm、仮想的な正方格子の格子定数a=284nmとした。このとき、真円のフィリングファクターFF=12%であり、r=0.03aとなる。図11(B)は異屈折率領域全体をフーリエ変換することで得られた予想ビームパターンである。 FIG. 11A is a partial excerpt of a top view of the different refractive index region in the first embodiment, and the different refractive index region in the basic layer is shown in white. Actually, there are 704 × 704 different refractive index regions. The planar shape of the different refractive index region is a perfect circle, the diameter of the hole D = 111 nm, the distance between the lattice point position O of the virtual square lattice and the center of gravity of the hole r = 8.52 nm, the lattice of the virtual square lattice. The constant a = 284 nm. At this time, the filling factor of a perfect circle is FF = 12%, and r = 0.03a. FIG. 11B is a predicted beam pattern obtained by Fourier transforming the entire different refractive index region.

図12は、第1の実施の形態に関してフィリングファクターFFと距離r(a)との関係に応じた、出力ビームパターンのS/N比、すなわち所望のビームパターンとノイズの強度比を示すグラフである。また、図17は、図12の場合の距離r(a)とS/N比の関係を示すグラフである。 FIG. 12 is a graph showing the S / N ratio of the output beam pattern, that is, the desired beam pattern and noise intensity ratio according to the relationship between the filling factor FF and the distance r (a) with respect to the first embodiment. is there. Further, FIG. 17 is a graph showing the relationship between the distance r (a) and the S / N ratio in the case of FIG.

この構造の場合、少なくとも距離rが0.3a以下の場合には、S/Nは0.3aを超えた場合よりも高くなり、距離rが0.01a以上の場合には、0の場合よりもS/Nが高くなることが分かる。特に、図17を見ると、これらの数値範囲内にS/N比のピークが存在する。すなわち、S/N比の向上の観点から、距離rは、0<r≦0.3aが好ましく、0.01a≦r≦0.3aが更に好ましく、0.03a≦r≦0.25が更に好ましい。但し、rが0.01aより小さい場合でもS/N比は小さいもののビームパターンは得られる。 In the case of this structure, when the distance r is at least 0.3a or less, the S / N is higher than when it exceeds 0.3a, and when the distance r is 0.01a or more, it is higher than when it is 0. It can be seen that the S / N is also high. In particular, looking at FIG. 17, there is a peak of the S / N ratio within these numerical ranges. That is, from the viewpoint of improving the S / N ratio, the distance r is preferably 0 <r ≦ 0.3a, more preferably 0.01a ≦ r ≦ 0.3a, and further preferably 0.03a ≦ r ≦ 0.25. preferable. However, even when r is smaller than 0.01a, a beam pattern can be obtained although the S / N ratio is small.

図13(A)は第2の実施の形態における異屈折率領域の上面図を一部抜粋して示したものであり、基本層内の異屈折率領域は白く示される。実際には異屈折率領域は704個×704個存在する。異屈折率領域の平面形状は正方形であり、一辺の長さL=98.4nm、仮想的な正方格子の格子点位置Oと孔の重心との距離r=8.52nm、仮想的な正方格子の格子定数a=284nmとした。このとき、正方形孔のフィリングファクターFF=12%であり、r=0.03aとなる。図13(B)は異屈折率領域全体をフーリエ変換することで得られた予想ビームパターンである。 FIG. 13A is an excerpt of a top view of the different refractive index region in the second embodiment, and the different refractive index region in the basic layer is shown in white. Actually, there are 704 × 704 different refractive index regions. The planar shape of the different refractive index region is square, the length of one side is L = 98.4 nm, the distance between the lattice point position O of the virtual square lattice and the center of gravity of the hole is r = 8.52 nm, and the virtual square lattice. The lattice constant a = 284 nm. At this time, the filling factor of the square hole is FF = 12%, and r = 0.03a. FIG. 13B is a predicted beam pattern obtained by Fourier transforming the entire different refractive index region.

図14は、第2の実施の形態に関してフィリングファクターFFと距離r(a)との関係に応じた、出力ビームパターンのS/N比、すなわち所望のビームパターンとノイズの強度比を示すグラフである。また、図18は、図14の場合の距離r(a)とS/N比の関係を示すグラフである。 FIG. 14 is a graph showing the S / N ratio of the output beam pattern, that is, the desired beam pattern and noise intensity ratio according to the relationship between the filling factor FF and the distance r (a) with respect to the second embodiment. is there. Further, FIG. 18 is a graph showing the relationship between the distance r (a) and the S / N ratio in the case of FIG.

この構造の場合においても、少なくとも距離rが0.3a以下の場合には、S/Nは0.3aを超えた場合よりも高くなり、距離rが0.01a以上の場合には、0の場合よりもS/Nが高くなることが分かる。特に、図18を見ると、これらの数値範囲内にS/N比のピークが存在する。すなわち、S/N比の向上の観点から、距離rは、0<r≦0.3aが好ましく、0.01a≦r≦0.3aが更に好ましく、0.03a≦r≦0.25aが更に好ましい。但し、rが0.01aより小さい場合でもS/N比は小さいもののビームパターンは得られる。 Even in the case of this structure, when the distance r is at least 0.3a or less, the S / N is higher than when it exceeds 0.3a, and when the distance r is 0.01a or more, it is 0. It can be seen that the S / N is higher than in the case. In particular, looking at FIG. 18, there is a peak of the S / N ratio within these numerical ranges. That is, from the viewpoint of improving the S / N ratio, the distance r is preferably 0 <r ≦ 0.3a, more preferably 0.01a ≦ r ≦ 0.3a, and further preferably 0.03a ≦ r ≦ 0.25a. preferable. However, even when r is smaller than 0.01a, a beam pattern can be obtained although the S / N ratio is small.

図15(A)は第3の実施の形態における異屈折率領域の上面図を一部抜粋して示したものであり、基本層内の異屈折率領域は白く示される。実際には異屈折率領域は704個×704個存在する。異屈折率領域の平面形状は真円が2つ重なった形状であり、孔の直径は共にD=111nm、1つ目の孔は仮想的な正方格子の格子点位置Oに重心を有しており、2つ目の孔は孔の重心と仮想的な正方格子の格子点位置Oとの距離r=14.20nmに配置されている。このとき仮想的な正方格子の格子定数a=284nmとした。このとき、真円のフィリングファクターFF=12%であり、r=0.05aとなる。図13(B)は異屈折率領域全体をフーリエ変換することで得られた予想ビームパターンである。 FIG. 15A is a partial excerpt of a top view of the different refractive index region in the third embodiment, and the different refractive index region in the basic layer is shown in white. Actually, there are 704 × 704 different refractive index regions. The planar shape of the different refractive index region is a shape in which two perfect circles overlap, and the diameters of the holes are both D = 111 nm, and the first hole has a center of gravity at the lattice point position O of the virtual square lattice. The second hole is arranged at a distance r = 14.20 nm between the center of gravity of the hole and the lattice point position O of the virtual square lattice. At this time, the lattice constant a = 284 nm of the virtual square lattice was set. At this time, the filling factor of a perfect circle is FF = 12%, and r = 0.05a. FIG. 13B is a predicted beam pattern obtained by Fourier transforming the entire different refractive index region.

図16は、フィリングファクターFFと距離r(a)との関係に応じた、出力ビームパターンのS/N比、すなわち所望のビームパターンとノイズの強度比を示すグラフである。図19は、図16の場合の距離r(a)とS/N比の関係を示すグラフである。 FIG. 16 is a graph showing the S / N ratio of the output beam pattern, that is, the desired beam pattern and noise intensity ratio according to the relationship between the filling factor FF and the distance r (a). FIG. 19 is a graph showing the relationship between the distance r (a) and the S / N ratio in the case of FIG.

この構造の場合においても、少なくとも距離rが0.3a以下の場合には、S/Nは0.3aを超えた場合よりも高くなり、距離rが0.01a以上の場合には、0の場合よりもS/Nが高くなることが分かる。特に、図19を見ると、これらの数値範囲内にS/N比のピークが存在する。すなわち、S/N比の向上の観点から、距離rは、0<r≦0.3aが好ましく、0.01a≦r≦0.3aが更に好ましく、0.03a≦r0.25aが更に好ましい。但し、rが0.01aより小さい場合でもS/N比は小さいもののビームパターンは得られる。 Even in the case of this structure, when the distance r is at least 0.3a or less, the S / N is higher than when it exceeds 0.3a, and when the distance r is 0.01a or more, it is 0. It can be seen that the S / N is higher than in the case. In particular, looking at FIG. 19, there is a peak of the S / N ratio within these numerical ranges. That is, from the viewpoint of improving the S / N ratio, the distance r is preferably 0 <r ≦ 0.3a, more preferably 0.01a ≦ r ≦ 0.3a, and even more preferably 0.03a ≦ r0.25a. However, even when r is smaller than 0.01a, a beam pattern can be obtained although the S / N ratio is small.

また、図12、図14、図16の場合において、S/N比が0.9、0.6、0.3を超える領域は、以下の関数で与えられる。なお、図17、図18、図19において、FF3、FF6、FF9、FF12、FF15、FF18、FF21、FF24、FF27,FF30は、それぞれ、FF=3%、FF=6%、FF=9%、FF=12%、FF=15%、FF=18%、FF=21%、FF=24%、FF=27%,FF=30%を示す。
(図12においてS/Nが0.9以上)
FF>0.03、且つ、
r>0.06、且つ、
r<−FF+0.23、且つ
r>−FF+0.13
(図12においてS/Nが0.6以上)
FF>0.03、且つ、
r>0.03、且つ、
r<−FF+0.25、且つ、
r>−FF+0.12
(図12においてS/Nが0.3以上)
FF>0.03、且つ、
r>0.02、且つ、
r<−(2/3)FF+0.30、且つ
r>−(2/3)FF+0.083
(図14においてS/Nが0.9以上)
r>−2FF+0.25、且つ、
r<−FF+0.25、且つ、
r>FF−0.05
(図14においてS/Nが0.6以上)
FF>0.03、且つ、
r>0.04、且つ、
r<−(3/4)FF+0.2375、且つ、
r>−FF+0.15
(図14においてS/Nが0.3以上)
FF>0.03、且つ、
r>0.01、且つ、
r<−(2/3)FF+1/3、且つ
r>−(2/3)FF+0.10
(図16においてS/Nが0.9以上)
r>0.025、且つ、
r>−(4/3)FF+0.20、且つ
r<−(20/27)FF+0.20
(図16においてS/Nが0.6以上)
FF>0.03、且つ、
r>0.02、且つ、
r>−(5/4)FF+0.1625、且つ、
r<−(13/18)FF+0.222
(図16においてS/Nが0.3以上)
FF>0.03、且つ、
r>0.01、且つ、
r<−(2/3)FF+0.30、且つ、
r>−(10/7)FF+1/7
Further, in the cases of FIGS. 12, 14, and 16, the regions where the S / N ratio exceeds 0.9, 0.6, and 0.3 are given by the following functions. In FIGS. 17, 18, and 19, FF3, FF6, FF9, FF12, FF15, FF18, FF21, FF24, FF27, and FF30 are FF = 3%, FF = 6%, and FF = 9%, respectively. It shows FF = 12%, FF = 15%, FF = 18%, FF = 21%, FF = 24%, FF = 27%, FF = 30%.
(S / N is 0.9 or more in FIG. 12)
FF> 0.03 and
r> 0.06 and
r <-FF + 0.23 and r> -FF + 0.13
(S / N is 0.6 or more in FIG. 12)
FF> 0.03 and
r> 0.03 and
r <-FF + 0.25 and
r> -FF + 0.12
(S / N is 0.3 or more in FIG. 12)
FF> 0.03 and
r> 0.02 and
r <-(2/3) FF + 0.30 and r>-(2/3) FF + 0.083
(S / N is 0.9 or more in FIG. 14)
r> -2FF + 0.25 and
r <-FF + 0.25 and
r> FF-0.05
(S / N is 0.6 or more in FIG. 14)
FF> 0.03 and
r> 0.04 and
r <-(3/4) FF + 0.2375, and
r> -FF + 0.15
(S / N is 0.3 or more in FIG. 14)
FF> 0.03 and
r> 0.01 and
r <-(2/3) FF + 1/3 and r>-(2/3) FF + 0.10
(S / N is 0.9 or more in FIG. 16)
r> 0.025 and
r>-(4/3) FF + 0.20 and r <-(20/27) FF + 0.20
(S / N is 0.6 or more in FIG. 16)
FF> 0.03 and
r> 0.02 and
r>-(5/4) FF + 0.1625, and
r <-(13/18) FF + 0.222
(S / N is 0.3 or more in FIG. 16)
FF> 0.03 and
r> 0.01 and
r <-(2/3) FF + 0.30 and
r>-(10/7) FF + 1/7

なお、上述の構造において、活性層4および位相変調層6を含む構成であれば、材料系、膜厚、層の構成には自由度を持つ。ここで、仮想的な正方格子からの摂動が0の場合のいわゆる正方格子フォトニック結晶レーザに関してはスケーリング則が成り立つ。すなわち、波長が定数α倍となった場合には、正方格子構造全体をα倍することによって同様の定在波状態を得ることが出来る。同様に、本発明においても、実施例に開示した以外の波長においてもスケーリング則によって位相変調層の構造を決定することが可能である。従って、青色、緑色、赤色などの光を発光する活性層を用い、波長に応じたスケーリング則を適用することで、可視光を出力する半導体発光素子を実現することも可能である。レーザ素子の製造においては、各化合物半導体層は、有機金属気相成長(MOCVD)法を用いる。半導体基板1の(001)面上に結晶成長を行うが、これに限られるものではない。また、上述のAlGaNを用いたレーザ素子の製造においては、AlGaAsの成長温度は500℃〜850℃であって、実験では550〜700℃を採用し、成長時におけるAl原料としてTMA(トリメチルアルミニム)、ガリウム原料としてTMG(トリメチルガリウム)およびTEG(トリエチルガリウム)、As原料としてはAsH3(アルシン)、N型不純物用の原料としてSi26(ジシラン)、P型不純物用の原料としてDEZn(ジエチル亜鉛)を用いる。GaAsの成長においては、TMGとアルシンを用いるが、TMAを用いない。InGaAsは、TMGとTMI(トリメチルインジウム)とアルシンを用いて製造する。絶縁膜の形成は、その構成物質を原料としてターゲットをスパッタして形成すればよい。In the above-mentioned structure, if the structure includes the active layer 4 and the phase modulation layer 6, the material system, the film thickness, and the layer structure have a degree of freedom. Here, the scaling law holds for the so-called square lattice photonic crystal laser when the perturbation from the virtual square lattice is 0. That is, when the wavelength becomes a constant α times, the same standing wave state can be obtained by multiplying the entire cubic lattice structure by α. Similarly, in the present invention, it is possible to determine the structure of the phase modulation layer by the scaling law at wavelengths other than those disclosed in the examples. Therefore, it is also possible to realize a semiconductor light emitting device that outputs visible light by using an active layer that emits light such as blue, green, and red and applying a scaling law according to a wavelength. In the manufacture of laser devices, each compound semiconductor layer uses an organometallic vapor phase growth (MOCVD) method. Crystal growth is performed on the (001) plane of the semiconductor substrate 1, but the crystal growth is not limited to this. Further, in the production of the laser element using the above-mentioned AlGaN, the growth temperature of AlGaAs is 500 ° C. to 850 ° C., and 550 to 700 ° C. is adopted in the experiment, and TMA (trimethylaluminum) is used as the Al raw material during growth. ), TMG (trimethyl gallium) and TEG (triethyl gallium as a gallium raw material), AsH 3 as the as raw material (arsine), Si 2 H 6 as a raw material for N-type impurity (disilane), DEZn as a raw material for P-type impurity (Diethylzinc) is used. In the growth of GaAs, TMG and arsine are used, but TMA is not used. InGaAs is manufactured using TMG, TMI (trimethylindium) and arsine. The insulating film may be formed by sputtering a target using the constituent substance as a raw material.

すなわち、上述のレーザ素子は、まず、N型の半導体基板(GaAs)1上に、N型のクラッド層(AlGaAs)2、ガイド層(AlGaAs)3、多重量子井戸構造(InGaAs/AlGaAs)4、光ガイド層(GaAs/AaGaAs)5、位相変調層となる基本層(GaAs)6Aを、MOCVD(有機金属気相成長)法を用いて順次、エピタキシャル成長させる。次に、エピタキシャル成長後のアライメントをとるため、PCVD(プラズマCVD)法により、SiN層を基本層6A上に形成し、次に、レジストを、SiN層上に形成する。更に、レジストを露光・現像し、レジストをマスクとしてSiN層をエッチングし、SiN層を一部残留させて、アライメントマークを形成する。残ったレジストは除去する。 That is, the above-mentioned laser element first has an N-type clad layer (AlGaAs) 2, a guide layer (AlGaAs) 3, and a multiple quantum well structure (InGaAs / AlGaAs) 4 on an N-type semiconductor substrate (GaAs) 1. The optical guide layer (GaAs / AaGaAs) 5 and the basic layer (GaAs) 6A to be the phase modulation layer are sequentially epitaxially grown by using the MOCVD (metalorganic vapor phase growth) method. Next, in order to perform alignment after epitaxial growth, a SiN layer is formed on the basic layer 6A by a PCVD (plasma CVD) method, and then a resist is formed on the SiN layer. Further, the resist is exposed and developed, the SiN layer is etched using the resist as a mask, and a part of the SiN layer remains to form an alignment mark. Remove the remaining resist.

次に、基本層6Aに別のレジストを塗布し、アライメントマークを基準とし、レジスト上に電子ビーム描画装置で2次元微細パターンを描画し、現像することでレジスト上に2次元微細パターンを形成する。その後、レジストをマスクとして、ドライエッチングにより100nm程度の深さを持つ2次元微細パターンを基本層6A上に転写し、孔(穴)を形成する、レジストを除去する。孔の深さは、100nmである。この孔の中に、異屈折率領域6B(AlGaAs)となる化合物半導体を孔の深さ以上に再成長させる。次に、上部クラッド層(AlGaAs)7、コンタクト層(GaAs)8を順次MOCVDで形成し、適当な電極材料を蒸着法又はスパッタ法で基板の上下面に形成して第1及び第2電極を形成する。また、必要に応じて、基板の上下面に絶縁膜をスパッタ法等で形成することができる。 Next, another resist is applied to the basic layer 6A, a two-dimensional fine pattern is drawn on the resist with an electron beam drawing device based on the alignment mark, and the two-dimensional fine pattern is formed on the resist by developing the resist. .. Then, using the resist as a mask, a two-dimensional fine pattern having a depth of about 100 nm is transferred onto the basic layer 6A by dry etching to remove the resist that forms holes. The depth of the pores is 100 nm. In the pores, the compound semiconductor to be the different refractive index region 6B (AlGaAs) is re-grown to the depth of the pores or more. Next, the upper clad layer (AlGaAs) 7 and the contact layer (GaAs) 8 are sequentially formed by MOCVD, and an appropriate electrode material is formed on the upper and lower surfaces of the substrate by a vapor deposition method or a sputtering method to form the first and second electrodes. Form. Further, if necessary, an insulating film can be formed on the upper and lower surfaces of the substrate by a sputtering method or the like.

位相変調層を活性層の下部に備える場合には、活性層及び下部光ガイド層の形成前に、下部クラッド層上に位相変調層を形成すればよい。 When the phase modulation layer is provided below the active layer, the phase modulation layer may be formed on the lower clad layer before the active layer and the lower optical guide layer are formed.

位相変調層を備えないレーザ素子本体を製造する場合は、この製造工程を省略すればよい。また、柱状の異屈折率領域を空隙とし、空気、窒素又はアルゴン等の気体が封入されてもよい。また、上述の仮想的な正方格子における縦及び横の格子線の間隔は、波長を等価屈折率で除算した程度或いは波長を等価屈折率および√2で除算した程度であり、具体的には300nm程度或いは210nm程度に設定されることが好ましい。なお、格子間隔aの正方格子の場合、直交座標の単位ベクトルをx、yとすると、基本並進ベクトルa=ax、a=ayであり、並進ベクトルa、aに対する基本逆格子ベクトルb=(2π/a)y、b=(2π/a)xである。格子の中に存在する波の波数ベクトルがk=nb+mb(n、mは任意の整数)の場合に、波数kはΓ点に存在するが、なかでも波数ベクトルの大きさが基本逆格子ベクトルの大きさに等しい場合には、格子間隔aが波長λに等しい共振モード(XY平面内における定在波)が得られる。本発明では、このような共振モード(定在波状態)における発振が得られる。このとき、正方格子と平行な面内に電界が存在するようなTEモードを考えると、このように格子間隔と波長が等しい定在波状態は正方格子の対称性から4つのモードが存在する。本発明では、この4つの定在波状態のいずれのモードで発振した場合においても同様に所望のビームパターンが得られる。When manufacturing a laser element main body without a phase modulation layer, this manufacturing step may be omitted. Further, a columnar different refractive index region may be used as a void, and a gas such as air, nitrogen or argon may be enclosed. The spacing between the vertical and horizontal grid lines in the above-mentioned virtual square grid is about the wavelength divided by the equivalent refractive index or the wavelength divided by the equivalent refractive index and √2, specifically 300 nm. It is preferably set to about 210 nm. In the case of a square lattice with a lattice spacing a, if the unit vectors of Cartesian coordinates are x and y, the basic translation vectors a 1 = ax and a 2 = ay, and the basic reciprocal lattice vectors with respect to the translation vectors a 1 and a 2. b 1 = (2π / a) y, b 2 = (2π / a) x. When the wave vector of the wave existing in the lattice is k = nb 1 + mb 2 (n and m are arbitrary integers), the wave number k exists at the Γ point, but the magnitude of the wave vector is basically the reverse. When it is equal to the magnitude of the lattice vector, a resonance mode (standing wave in the XY plane) in which the lattice spacing a is equal to the wavelength λ is obtained. In the present invention, oscillation in such a resonance mode (standing wave state) can be obtained. At this time, considering the TE mode in which the electric field exists in the plane parallel to the square lattice, there are four modes in the standing wave state in which the lattice spacing and the wavelength are equal in this way due to the symmetry of the square lattice. In the present invention, a desired beam pattern can be similarly obtained when oscillating in any of the four standing wave modes.

なお、上述の位相変調層内の定在波が孔形状によって散乱され、面垂直方向に得られる波面が位相変調されていることによって所望のビームパターンが得られる。このため偏光板がなくとも所望のビームパターンが得られる。このビームパターンは、一対の単峰ビーム(スポット)であるばかりでなく、前述したように、文字形状、2以上の同一形状スポット群、或いは、位相、強度分布が空間的に不均一であるベクトルビームなどとすることも可能である。 The standing wave in the phase modulation layer described above is scattered by the hole shape, and the wave surface obtained in the direction perpendicular to the plane is phase-modulated to obtain a desired beam pattern. Therefore, a desired beam pattern can be obtained without a polarizing plate. This beam pattern is not only a pair of single-peak beams (spots), but as described above, a character shape, two or more spots having the same shape, or a vector whose phase and intensity distribution are spatially non-uniform. It can also be a beam or the like.

なお、基本層6Aの屈折率は3.0〜3.5、異屈折率領域6Bの屈折率は1.0〜3.4であることが好ましい。また、基本層6Aの孔内の各異屈折率領域6B1の平均径は例えば、38nm〜76nmである。この孔の大きさが変化することによってZ軸方向への回折強度が変化する。この回折効率は、孔形状をフーリエ変換した際の一次の係数で表される光結合係数κ1に比例する。光結合係数については、例えばK. Sakai et al.,“Coupled-Wave Theory for Square-Lattice Photonic Crystal Lasers With TE Polarization,IEEE J.Q. E. 46, 788-795 (2010)”に記載されている。 The refractive index of the basic layer 6A is preferably 3.0 to 3.5, and the refractive index of the different refractive index region 6B is preferably 1.0 to 3.4. The average diameter of each different refractive index region 6B1 in the pores of the basic layer 6A is, for example, 38 nm to 76 nm. By changing the size of this hole, the diffraction intensity in the Z-axis direction changes. This diffraction efficiency is proportional to the optical coupling coefficient κ1 represented by the first-order coefficient when the pore shape is Fourier transformed. The photocoupling coefficient is described, for example, in K. Sakai et al., "Coupled-Wave Theory for Square-Lattice Photonic Crystal Lasers With TE Polarization, IEEE J.Q. E. 46, 788-795 (2010)".

以上、説明したように、上述の半導体発光素子は、活性層と、活性層を挟む一対のクラッド層と、活性層に光学的に結合した位相変調層と、を備えた半導体発光素子において、位相変調層は、基本層と、基本層とは屈折率の異なる複数の異屈折率領域とを備え、位相変調層の厚み方向をZ軸方向とするXYZ直交座標系を設定し、XY平面内において、仮想的な格子定数aの正方格子を設定した場合、それぞれの異屈折率領域は、その重心位置が、前記仮想的な正方格子における格子点位置から距離rだけずれるように、配置されており、距離rは、0<r≦0.3aであることを特徴とする。 As described above, the above-mentioned semiconductor light emitting element is a semiconductor light emitting element including an active layer, a pair of clad layers sandwiching the active layer, and a phase modulation layer optically coupled to the active layer. The modulation layer includes a basic layer and a plurality of different refractive index regions having different refractive indexes from the basic layer, and sets an XYZ Cartesian coordinate system in which the thickness direction of the phase modulation layer is the Z-axis direction, and in the XY plane. When a square lattice with a virtual lattice constant a is set, each Cartesian index region is arranged so that the position of its center of gravity deviates from the position of the lattice point in the virtual square lattice by a distance r. The distance r is characterized in that 0 <r ≦ 0.3a.

この構造の場合、異屈折率領域の重心位置が、上記範囲内の距離rだけずれることにより、格子点の位置から、異屈折率領域の重心位置に向かうベクトルの向きに応じて、ビームの位相差が変化する。すなわち、重心位置を変更するのみで、各異屈折率領域から出射されるビームの位相差を制御することができ、全体として形成されるビームパターンを所望の形状とすることができる。このような半導体発光素子においては、少なくとも、仮想的な正方格子の格子点から半径0.62aの円の内側には、単一の異屈折率領域のみが存在している。 In the case of this structure, the position of the center of gravity of the different refractive index region is deviated by the distance r within the above range, so that the position of the beam depends on the direction of the vector from the position of the lattice point toward the position of the center of gravity of the different refractive index region. The phase difference changes. That is, the phase difference of the beam emitted from each different refractive index region can be controlled only by changing the position of the center of gravity, and the beam pattern formed as a whole can be made into a desired shape. In such a semiconductor light emitting device, at least a single different refractive index region exists inside a circle having a radius of 0.62a from the lattice points of the virtual square lattice.

また、前記位相変調層において、全ての前記異屈折率領域6Bは、XY平面内において、(a)同一の図形、(b)同一の面積、及び/又は、(c)同一の距離r、を有しており、(d)複数の前記異屈折率領域は、並進操作又は並進操作および回転操作により、重ね合わせることができる。 Further, in the phase modulation layer, all the different refractive index regions 6B have (a) the same figure, (b) the same area, and / or (c) the same distance r in the XY plane. (D) The plurality of different refractive index regions can be superposed by a translation operation or a translation operation and a rotation operation.

これらの条件(a)〜(d)のいずれか1つ以上を備えることにより、ビームパターン内におけるノイズおよびノイズとなる0次光の発生を抑制することができる。 By providing any one or more of these conditions (a) to (d), it is possible to suppress the generation of noise and 0th-order light that becomes noise in the beam pattern.

図20及び図21は、それぞれの異屈折率領域6BのXY平面内の形状を示す平面図である。 20 and 21 are plan views showing the shapes of the respective different refractive index regions 6B in the XY plane.

図20(A)の場合、異屈折率領域6BのXY平面内の形状は、回転対称性を有している。すなわち、それぞれの異屈折率領域のXY平面内の形状は、真円、正方形、正六角形、正八角形又は正16角形である。これらの図形は、回転非対称図形と比較して、パターンが回転方向にずれても、影響が少ないため、高い精度でパターニングすることが可能である。 In the case of FIG. 20A, the shape of the different refractive index region 6B in the XY plane has rotational symmetry. That is, the shape of each different refractive index region in the XY plane is a perfect circle, a square, a regular hexagon, a regular octagon, or a regular hexadecagon. Compared with the rotation asymmetric figure, these figures have less influence even if the pattern shifts in the rotation direction, so that the pattern can be patterned with high accuracy.

図20(B)の場合、それぞれの異屈折率領域のXY平面内の形状は、鏡像対称性(線対称)を有している。すなわち、それぞれの異屈折率領域のXY平面内の形状は、長方形、楕円、2つの円又は楕円の一部分が重なる形状である。仮想的な正方格子の格子点Oは、これら異屈折率領域の外部に存在している。 In the case of FIG. 20B, the shape of each different refractive index region in the XY plane has mirror image symmetry (line symmetry). That is, the shape of each different refractive index region in the XY plane is a shape in which a rectangle, an ellipse, two circles, or a part of the ellipse overlap. The lattice points O of the virtual square lattice exist outside these different refractive index regions.

これらの図形は、回転非対称図形と比較して、線対称の基準となる線分位置が明確に分かるため、高い精度でパターニングすることが可能である。 Compared with the rotation asymmetric figure, these figures can be patterned with high accuracy because the line segment position which is the reference of the line symmetry can be clearly known.

図20(C)の場合、それぞれの異屈折率領域のXY平面内の形状は、台形、楕円の長軸に沿った一方の端部近傍の短軸方向の寸法が、他方の端部近傍の短軸方向の寸法よりも小さくなるように変形した形状(卵型)、又は、楕円の長軸に沿った一方の端部を、長軸方向に沿って突き出る尖った端部に変形した形状(涙型)である。仮想的な正方格子の格子点Oは、これら異屈折率領域の外部に存在している。このような図形であっても、異屈折率領域の重心位置が、仮想的な正方格子の格子点Oから距離rだけずれることによって、ビームの位相を変えることができる。 In the case of FIG. 20C, the shape of each different refractive index region in the XY plane is such that the dimension in the minor axis direction near one end along the long axis of the trapezoid or ellipse is near the other end. A shape deformed to be smaller than the dimension in the minor axis direction (oval shape), or a shape deformed from one end along the long axis of the ellipse to a pointed end protruding along the long axis direction (oval shape) Tear type). The lattice points O of the virtual square lattice exist outside these different refractive index regions. Even in such a figure, the phase of the beam can be changed by shifting the position of the center of gravity of the different refractive index region by a distance r from the lattice point O of the virtual square lattice.

図21(D)の場合、それぞれの異屈折率領域のXY平面内の形状は、鏡像対称性(線対称)を有している。すなわち、それぞれの異屈折率領域のXY平面内の形状は、長方形、楕円、2つの円又は楕円の一部分が重なる形状である。仮想的な正方格子の格子点Oは、これら異屈折率領域の内部に存在している。 In the case of FIG. 21 (D), the shape of each different refractive index region in the XY plane has mirror image symmetry (line symmetry). That is, the shape of each different refractive index region in the XY plane is a shape in which a rectangle, an ellipse, two circles, or a part of the ellipse overlap. The lattice points O of the virtual square lattice exist inside these different refractive index regions.

これらの図形は、回転非対称図形と比較して、線対称の基準となる線分位置が明確に分かるため、高い精度でパターニングすることが可能である。また、仮想的な正方格子の格子点Oと異屈折率領域の重心位置との距離rが小さいためビームパターンのノイズでの発生を小さくすることが出来る。 Compared with the rotation asymmetric figure, these figures can be patterned with high accuracy because the line segment position which is the reference of the line symmetry can be clearly known. Further, since the distance r between the lattice point O of the virtual square lattice and the position of the center of gravity of the different refractive index region is small, it is possible to reduce the occurrence of noise in the beam pattern.

図21(E)の場合、それぞれの異屈折率領域のXY平面内の形状は、台形、楕円の長軸に沿った一方の端部近傍の短軸方向の寸法が、他方の端部近傍の短軸方向の寸法よりも小さくなるように変形した形状(卵型)、又は、楕円の長軸に沿った一方の端部を、長軸方向に沿って突き出る尖った端部に変形した形状(涙型)である。仮想的な正方格子の格子点Oは、これら異屈折率領域の内部に存在している。このような図形であっても、異屈折率領域の重心位置が、仮想的な正方格子の格子点Oから距離rだけずれることによって、ビームの位相を変えることができる。また、仮想的な正方格子の格子点Oと異屈折率領域の重心位置との距離rが小さいためビームパターンのノイズの発生を小さくすることが出来る。 In the case of FIG. 21 (E), the shape of each different refractive index region in the XY plane is such that the dimension in the minor axis direction near one end along the long axis of the trapezoid or ellipse is near the other end. A shape deformed to be smaller than the dimension in the minor axis direction (oval shape), or a shape deformed from one end along the long axis of the ellipse to a pointed end protruding along the long axis direction (oval shape) Tear type). The lattice points O of the virtual square lattice exist inside these different refractive index regions. Even in such a figure, the phase of the beam can be changed by shifting the position of the center of gravity of the different refractive index region by a distance r from the lattice point O of the virtual square lattice. Further, since the distance r between the lattice point O of the virtual square lattice and the position of the center of gravity of the different refractive index region is small, the generation of noise in the beam pattern can be reduced.

図23は、目標パターンの画像であり、「iPM Lasers」の文字が示されている。このとき、「iPM Lasers」の文字は第一象限に存在しており、第二象限〜第四象限にはパターンが存在しない。 FIG. 23 is an image of the target pattern, showing the characters “iPM Lasers”. At this time, the characters "iPM Lasers" exist in the first quadrant, and there are no patterns in the second to fourth quadrants.

図24は、図23の画像を2次元フーリエ変換して位相分布を抽出した位相分布パターンを示す図である。図24は色の濃淡によって0〜2πの位相の分布を表わしている。色が黒い部分が位相0を表わしている。本発明では、この位相に応じて図5に示した通り孔の回転角度Φを決定する。 FIG. 24 is a diagram showing a phase distribution pattern obtained by extracting a phase distribution by performing a two-dimensional Fourier transform on the image of FIG. 23. FIG. 24 shows the phase distribution of 0 to 2π depending on the shade of color. The black part represents phase 0. In the present invention, the rotation angle Φ of the hole as shown in FIG. 5 is determined according to this phase.

図25は、図23の画像を得るための位相変調層の孔形状を示す電子顕微鏡写真の図である。位相変調層に1400×1400の孔が、ほぼ正方格子の格子点上に配置されており、仮想的に設定される正方格子の格子間隔(=a)に対して、格子点位置と孔の重心との間の距離r=0.06aであり、フィリングファクターFF=20%である。図25では1400×1400の孔の全てではなく一部を示している。 FIG. 25 is an electron micrograph showing the pore shape of the phase modulation layer for obtaining the image of FIG. 23. 1400 × 1400 holes are arranged on the grid points of the square grid in the phase modulation layer, and the grid point positions and the center of gravity of the pores are arranged with respect to the virtually set grid spacing (= a) of the square grid. The distance r = 0.06a and the filling factor FF = 20%. FIG. 25 shows some, but not all, 1400 × 1400 holes.

図26は、図23に対応するレーザ素子のビームパターンを示す写真の図である。 FIG. 26 is a photograph showing the beam pattern of the laser element corresponding to FIG. 23.

この例では、レーザ素子におけるp側の第2電極E2の寸法は、400μm×400μmとし、図2のレーザ素子LDに、10kHz、50ns、4Aのパルス電流を供給し、レーザ素子を駆動した。「iPM Lasers」の文字とこれを180°回転させた文字が、第一象限と第三象限に現れている。 In this example, the size of the second electrode E2 on the p side of the laser element is 400 μm × 400 μm, and a pulse current of 10 kHz, 50 ns, and 4 A is supplied to the laser element LD of FIG. 2 to drive the laser element. The letters "iPM Lasers" and the letters rotated 180 ° appear in the first and third quadrants.

図27は、図26に対応するレーザ素子のビームパターンの波長と光強度の関係を示すグラフである。 FIG. 27 is a graph showing the relationship between the wavelength and the light intensity of the beam pattern of the laser element corresponding to FIG. 26.

波長930nmを超えた位置に、レーザ光の強度ピークが表れている。 The intensity peak of the laser beam appears at a position exceeding the wavelength of 930 nm.

図28は、図26に対応するレーザ素子のピーク電流(mA)とレーザ光ピーク強度(mW)との関係を示すグラフである。 FIG. 28 is a graph showing the relationship between the peak current (mA) and the laser light peak intensity (mW) of the laser element corresponding to FIG. 26.

同図中の「全体」が示すデータは、レーザ光の出力光全体が含まれるようにパワーメータ受光部を設置して、レーザ光を測定した例である。同図中の「0次光」が示すデータは、レーザ光の中心に位置する0次光のみが含まれるようにパワーメータ受光部を設置して、レーザ光を測定した例である。同図中の「各変調光(推定)」が示すデータは、‘上記(「全体」−「0次光」)/2を計算した値であり、変調光の推定光強度を示している。 The data indicated by "whole" in the figure is an example in which the power meter light receiving unit is installed so as to include the entire output light of the laser light, and the laser light is measured. The data indicated by "0th-order light" in the figure is an example in which a power meter light receiving unit is installed so as to include only the 0th-order light located at the center of the laser light, and the laser light is measured. The data indicated by "each modulated light (estimated)" in the figure is a value calculated from "the above (" overall "-" 0th order light ") / 2" and indicates the estimated light intensity of the modulated light.

同図から、ピーク電流を増加させるにしたがって、レーザ光のピーク強度が増加していることが分かる。また、ピーク電流が1200mAを超えたところから、全体のピーク強度がリニア且つ大きな傾きで増加していることが分かる。 From the figure, it can be seen that the peak intensity of the laser beam increases as the peak current increases. Further, from the point where the peak current exceeds 1200 mA, it can be seen that the overall peak intensity increases linearly and with a large slope.

図29は、図26に対応するレーザ素子の光強度の分光スペクトル・角度依存性測定結果の発振波長(930.2nm)での等波長プロットをした図である。 FIG. 29 is a diagram showing an equal wavelength plot at the oscillation wavelength (930.2 nm) of the spectral spectrum / angle dependence measurement result of the light intensity of the laser element corresponding to FIG. 26.

「iPM Lasers」の文字とこれを反転させた文字が、第一象限と第三象限に現れている。この結果より、発振波長に対応する単一波長の光が、図26に示したビームパターンに対応する方向に出射していることが分かる。すなわち、ビームパターンは様々な波長の光が組み合わさって構成されているわけではなく、単一の波長でも複雑な形状のビームパターンが実現可能であることが分かる。 The letters "iPM Lasers" and their inverted letters appear in the first and third quadrants. From this result, it can be seen that the light having a single wavelength corresponding to the oscillation wavelength is emitted in the direction corresponding to the beam pattern shown in FIG. That is, it can be seen that the beam pattern is not composed of a combination of light of various wavelengths, and a beam pattern having a complicated shape can be realized even with a single wavelength.

図30は、図29(すなわち発振時(印加電流4A))におけるΓ−X方向とΓ−M方向に沿った断面における波数(2π/a)と波長(nm)の関係を示すグラフである。すなわち、レーザ発振時において、どの波長の光がどの方向に出射しているかを示した図である。図29にプロットした930.2nmの光が、図29上の文字「L」、「a」、「M」に対応した方向にそれぞれ出射している。また、Γ点上にも光が出射している。 FIG. 30 is a graph showing the relationship between the wave number (2π / a) and the wavelength (nm) in the cross section along the Γ-X direction and the Γ-M direction during oscillation (that is, during oscillation (applied current 4A)). That is, it is a figure which showed which wavelength light is emitted in which direction at the time of laser oscillation. The light of 930.2 nm plotted in FIG. 29 is emitted in the directions corresponding to the letters “L”, “a”, and “M” in FIG. 29, respectively. Light is also emitted above the Γ point.

図31は、発振前(印加電流400mA)において図30と同一の方向に沿った断面における波数(2π/a)と波長(nm)の関係を示すグラフである。すなわち、レーザ発振前において、どの波長の光がどの方向に出射しているかを示した図である。正方格子などの周期的な構造に対しては、いわゆるフォトニックバンド構造と呼ばれるものである。フォトニックバンド構造では、傾きがゼロの部分はバンド端と呼ばれ、バンド端では定在波が形成されることが知られている。周期構造による光の閉じ込め効果で発振モードを形成するのは基本的にバンド端である。図31ではΓ点(横軸の波数が0の部分)上で各バンドの傾きがゼロとなっており、発振モードが形成される可能性がある。一方、Γ点以外にはバンド端は存在しておらず、発振モードが形成される可能性はない。なお、図30において出射光が観測されていた点のうち、Γ点以外の部分にはバンドおよびバンド端は存在していない。このことから、発振はΓ点において生じており、Γ点において発振した光のうち一部が文字「L」、「a」、「M」に対応した方向に結合して出射していることが分かる。 FIG. 31 is a graph showing the relationship between the wave number (2π / a) and the wavelength (nm) in the cross section along the same direction as in FIG. 30 before oscillation (applied current 400 mA). That is, it is a figure which showed which wavelength light is emitted in which direction before laser oscillation. For a periodic structure such as a square lattice, it is a so-called photonic band structure. In the photonic band structure, a portion having a zero slope is called a band end, and it is known that a standing wave is formed at the band end. It is basically the band end that forms the oscillation mode due to the light confinement effect of the periodic structure. In FIG. 31, the slope of each band is zero on the Γ point (the portion where the wave number on the horizontal axis is 0), and an oscillation mode may be formed. On the other hand, there is no band end other than the Γ point, and there is no possibility that an oscillation mode will be formed. Of the points where the emitted light was observed in FIG. 30, there are no bands or band ends other than the Γ point. From this, the oscillation occurs at the Γ point, and part of the light oscillated at the Γ point is combined and emitted in the direction corresponding to the letters “L”, “a”, and “M”. I understand.

図32は、目標パターンの画像であり、人物の写真が示されている。このとき、人物の写真は第一象限に存在しており、第二象限〜第四象限にはパターンが存在しない。 FIG. 32 is an image of the target pattern, showing a photograph of a person. At this time, the photograph of the person exists in the first quadrant, and there is no pattern in the second to fourth quadrants.

図33は、図32の画像を2次元フーリエ変換して位相分布を抽出した位相分布パターンを示す図である。図33は色の濃淡によって0〜2πの位相の分布を表わしている。色が黒い部分が位相0を表わしている。本発明では、この位相に応じて図5に示した通り孔の回転角度Φを決定する。 FIG. 33 is a diagram showing a phase distribution pattern obtained by extracting a phase distribution by performing a two-dimensional Fourier transform on the image of FIG. 32. FIG. 33 shows the phase distribution of 0 to 2π depending on the shade of color. The black part represents phase 0. In the present invention, the rotation angle Φ of the hole as shown in FIG. 5 is determined according to this phase.

なお、位相変調層においては、1400×1400の孔が、ほぼ正方格子の格子点上に配置されており、仮想的に設定される正方格子の格子間隔(=a)に対して、格子点位置と孔の重心との間の距離r=0.06aであり、フィリングファクターFF=20%である。 In the phase modulation layer, holes of 1400 × 1400 are arranged substantially on the grid points of the square grid, and the grid point positions are relative to the virtually set grid spacing (= a) of the square grid. The distance between the hole and the center of gravity of the hole is r = 0.06a, and the filling factor FF = 20%.

図34は、図32に対応するレーザ素子のビームパターンを示す写真の図である。 FIG. 34 is a photograph showing the beam pattern of the laser element corresponding to FIG. 32.

この例では、レーザ素子におけるp側の第2電極E2の寸法は、400μm×400μmとし、図2のレーザ素子LDに、10kHz、50ns、4Aのパルス電流を供給し、レーザ素子を駆動した。人物の画像とこれを180°回転させた像が、それぞれ第一象限と第三象限に現れている。 In this example, the size of the second electrode E2 on the p side of the laser element is 400 μm × 400 μm, and a pulse current of 10 kHz, 50 ns, and 4 A is supplied to the laser element LD of FIG. 2 to drive the laser element. An image of a person and an image rotated by 180 ° appear in the first and third quadrants, respectively.

図35は、図32に対応するレーザ素子のビームパターンの波長と光強度の関係を示すグラフである。 FIG. 35 is a graph showing the relationship between the wavelength and the light intensity of the beam pattern of the laser element corresponding to FIG. 32.

波長930nmを超えた位置に、レーザ光の強度ピークが表れている。 The intensity peak of the laser beam appears at a position exceeding the wavelength of 930 nm.

図36は、図34に対応するレーザ素子のピーク電流(mA)とレーザ光ピーク強度(mW)との関係を示すグラフである。 FIG. 36 is a graph showing the relationship between the peak current (mA) and the laser light peak intensity (mW) of the laser element corresponding to FIG. 34.

同図中の「全体」が示すデータは、レーザ光の出力光全体が含まれるようにパワーメータ受光部を設置して、レーザ光を測定した例である。同図中の「0次光」が示すデータは、レーザ光の中心に位置する0次光のみが含まれるようにパワーメータ受光部を設置して、レーザ光を測定した例である。同図中の「各変調光(推定)」が示すデータは、‘上記(「全体」−「0次光」)/2を計算した値であり、変調光の推定光強度を示している。 The data indicated by "whole" in the figure is an example in which the power meter light receiving unit is installed so as to include the entire output light of the laser light, and the laser light is measured. The data indicated by "0th-order light" in the figure is an example in which a power meter light receiving unit is installed so as to include only the 0th-order light located at the center of the laser light, and the laser light is measured. The data indicated by "each modulated light (estimated)" in the figure is a value calculated from "the above (" overall "-" 0th order light ") / 2" and indicates the estimated light intensity of the modulated light.

同図から、ピーク電流を増加させるにしたがって、レーザ光のピーク強度が増加していることが分かる。また、ピーク電流が1000mAを超えたところから、全体のピーク強度がリニア且つ大きな傾きで増加していることが分かる。 From the figure, it can be seen that the peak intensity of the laser beam increases as the peak current increases. Further, from the point where the peak current exceeds 1000 mA, it can be seen that the overall peak intensity increases linearly and with a large slope.

図37は、目標パターンの画像であり、人物の写真が示されている。このとき、人物の写真は第一象限に存在しており、第二象限〜第四象限にはパターンが存在しない。 FIG. 37 is an image of the target pattern, showing a photograph of a person. At this time, the photograph of the person exists in the first quadrant, and there is no pattern in the second to fourth quadrants.

図38は、図37の画像を2次元フーリエ変換して位相分布を抽出した位相分布パターンを示す図である。図38は色の濃淡によって0〜2πの位相の分布を表わしている。色が黒い部分が位相0を表わしている。本発明では、この位相に応じて図5に示した通り孔の回転角度Φを決定する。 FIG. 38 is a diagram showing a phase distribution pattern obtained by extracting a phase distribution by performing a two-dimensional Fourier transform on the image of FIG. 37. FIG. 38 shows the phase distribution of 0 to 2π depending on the shade of color. The black part represents phase 0. In the present invention, the rotation angle Φ of the hole as shown in FIG. 5 is determined according to this phase.

なお、位相変調層においては、1400×1400の孔が、ほぼ正方格子の格子点上に配置されており、仮想的に設定される正方格子の格子間隔(=a)に対して、格子点位置と孔の重心との間の距離r=0.06aであり、フィリングファクターFF=20%である。 In the phase modulation layer, holes of 1400 × 1400 are arranged substantially on the grid points of the square grid, and the grid point positions are relative to the virtually set grid spacing (= a) of the square grid. The distance between the hole and the center of gravity of the hole is r = 0.06a, and the filling factor FF = 20%.

図39は、図37に対応するレーザ素子のビームパターンを示す写真の図である。 FIG. 39 is a photograph showing the beam pattern of the laser element corresponding to FIG. 37.

この例では、レーザ素子におけるp側の第2電極E2の寸法は、400μm×400μmとし、図2のレーザ素子LDに、10kHz、50ns、4Aのパルス電流を供給し、レーザ素子を駆動した。人物の画像とこれを反転させた像が、それぞれ第一象限と第三象限に現れている。 In this example, the size of the second electrode E2 on the p side of the laser element is 400 μm × 400 μm, and a pulse current of 10 kHz, 50 ns, and 4 A is supplied to the laser element LD of FIG. 2 to drive the laser element. An image of a person and an inverted image of it appear in the first and third quadrants, respectively.

図40は、図37に対応するレーザ素子のビームパターンの波長と光強度の関係を示すグラフである。 FIG. 40 is a graph showing the relationship between the wavelength and the light intensity of the beam pattern of the laser element corresponding to FIG. 37.

波長930nmを超えた位置に、レーザ光の強度ピークが表れている。 The intensity peak of the laser beam appears at a position exceeding the wavelength of 930 nm.

図41は、図39に対応するレーザ素子のピーク電流(mA)とレーザ光ピーク強度(mW)との関係を示すグラフである。 FIG. 41 is a graph showing the relationship between the peak current (mA) and the laser light peak intensity (mW) of the laser element corresponding to FIG. 39.

同図中の「全体」が示すデータは、レーザ光の出力光全体が含まれるようにパワーメータ受光部を設置して、レーザ光を測定した例である。同図中の「0次光」が示すデータは、レーザ光の中心に位置する0次光のみが含まれるようにパワーメータ受光部を設置して、レーザ光を測定した例である。同図中の「各変調光(推定)」が示すデータは、‘上記(「全体」−「0次光」)/2を計算した値であり、変調光の推定光強度を示している。 The data indicated by "whole" in the figure is an example in which the power meter light receiving unit is installed so as to include the entire output light of the laser light, and the laser light is measured. The data indicated by "0th-order light" in the figure is an example in which a power meter light receiving unit is installed so as to include only the 0th-order light located at the center of the laser light, and the laser light is measured. The data indicated by "each modulated light (estimated)" in the figure is a value calculated from "the above (" overall "-" 0th order light ") / 2" and indicates the estimated light intensity of the modulated light.

同図から、ピーク電流を増加させるにしたがって、レーザ光のピーク強度が増加していることが分かる。また、ピーク電流が1000mAを超えたところから、全体のピーク強度がリニア且つ大きな傾きで増加していることが分かる。 From the figure, it can be seen that the peak intensity of the laser beam increases as the peak current increases. Further, from the point where the peak current exceeds 1000 mA, it can be seen that the overall peak intensity increases linearly and with a large slope.

図42は、目標パターンの画像であり、格子パターンが示されている。このとき、格子パターンは、中央に存在している。なお、格子パターンは、直線を含んでおり、これは図形であって、写真とすることもでき、CG(コンピュータグラフィックス)で作成してもよい。 FIG. 42 is an image of the target pattern, showing the grid pattern. At this time, the grid pattern exists in the center. The grid pattern includes a straight line, which is a graphic and can be a photograph, or may be created by CG (computer graphics).

図43は、図42の画像を2次元フーリエ変換して位相分布を抽出した位相分布パターンを示す図である。図43は色の濃淡によって0〜2πの位相の分布を表わしている。色が黒い部分が位相0を表わしている。本発明では、この位相に応じて図5に示した通り孔の回転角度Φを決定する。 FIG. 43 is a diagram showing a phase distribution pattern obtained by extracting a phase distribution by performing a two-dimensional Fourier transform on the image of FIG. 42. FIG. 43 shows the phase distribution of 0 to 2π depending on the shade of color. The black part represents phase 0. In the present invention, the rotation angle Φ of the hole as shown in FIG. 5 is determined according to this phase.

なお、位相変調層においては、1400×1400の孔が、ほぼ正方格子の格子点上に配置されており、仮想的に設定される正方格子の格子間隔(=a)に対して、格子点位置と孔の重心との間の距離r=0.10aであり、フィリングファクターFF=20%である。 In the phase modulation layer, holes of 1400 × 1400 are arranged substantially on the grid points of the square grid, and the grid point positions are relative to the virtually set grid spacing (= a) of the square grid. The distance between the hole and the center of gravity of the hole is r = 0.10a, and the filling factor FF = 20%.

図44は、図42に対応するレーザ素子のビームパターンを示す写真の図である。 FIG. 44 is a photograph showing the beam pattern of the laser element corresponding to FIG. 42.

この例では、レーザ素子におけるp側の第2電極E2の寸法は、400μm×400μmとし、図2のレーザ素子LDに、10kHz、50ns、4Aのパルス電流を供給し、レーザ素子を駆動した。中央に格子パターンが現れている。 In this example, the size of the second electrode E2 on the p side of the laser element is 400 μm × 400 μm, and a pulse current of 10 kHz, 50 ns, and 4 A is supplied to the laser element LD of FIG. 2 to drive the laser element. A grid pattern appears in the center.

図45は、図42に対応するレーザ素子のビームパターンの波長と光強度の関係を示すグラフである。 FIG. 45 is a graph showing the relationship between the wavelength and the light intensity of the beam pattern of the laser element corresponding to FIG. 42.

波長930nmを超えた位置に、レーザ光の強度ピークが表れている。 The intensity peak of the laser beam appears at a position exceeding the wavelength of 930 nm.

図46は、図44に対応するレーザ素子のピーク電流(mA)とレーザ光ピーク強度(mW)との関係を示すグラフである。 FIG. 46 is a graph showing the relationship between the peak current (mA) and the laser light peak intensity (mW) of the laser element corresponding to FIG. 44.

同図中の「全体」が示すデータは、レーザ光の出力光全体が含まれるようにパワーメータ受光部を設置して、レーザ光を測定した例である。 The data indicated by "whole" in the figure is an example in which the power meter light receiving unit is installed so as to include the entire output light of the laser light, and the laser light is measured.

同図から、ピーク電流を増加させるにしたがって、レーザ光のピーク強度が増加していることが分かる。また、ピーク電流が3000mAを超えたところから、全体のピーク強度が大きな傾きで増加していることが分かる。 From the figure, it can be seen that the peak intensity of the laser beam increases as the peak current increases. Further, from the point where the peak current exceeds 3000 mA, it can be seen that the overall peak intensity increases with a large slope.

図47は、目標パターンの画像であり、仮想的な正方格子の格子点位置に配置された複数のスポット(ドット)からなる多点パターンが示されている。縦に5個、横に5個、合計で25個のドットが示されている。このとき、多点パターンは、中央に存在している。 FIG. 47 is an image of the target pattern, and shows a multi-point pattern composed of a plurality of spots (dots) arranged at grid point positions of a virtual square grid. A total of 25 dots are shown, 5 in the vertical direction and 5 in the horizontal direction. At this time, the multipoint pattern exists in the center.

図48は、図47の画像を2次元フーリエ変換して位相分布を抽出した位相分布パターンを示す図である。図48は色の濃淡によって0〜2πの位相の分布を表わしている。色が黒い部分が位相0を表わしている。本発明では、この位相に応じて図5に示した通り孔の回転角度Φを決定する。 FIG. 48 is a diagram showing a phase distribution pattern obtained by extracting a phase distribution by performing a two-dimensional Fourier transform on the image of FIG. 47. FIG. 48 shows the phase distribution of 0 to 2π depending on the shade of color. The black part represents phase 0. In the present invention, the rotation angle Φ of the hole as shown in FIG. 5 is determined according to this phase.

なお、位相変調層においては、1400×1400の孔が、ほぼ正方格子の格子点上に配置されており、仮想的に設定される正方格子の格子間隔(=a)に対して、格子点位置と孔の重心との間の距離r=0.10aであり、フィリングファクターFF=20%である。 In the phase modulation layer, holes of 1400 × 1400 are arranged substantially on the grid points of the square grid, and the grid point positions are relative to the virtually set grid spacing (= a) of the square grid. The distance between the hole and the center of gravity of the hole is r = 0.10a, and the filling factor FF = 20%.

図49は、図47に対応するレーザ素子のビームパターンを示す写真の図である。 FIG. 49 is a photograph showing the beam pattern of the laser element corresponding to FIG. 47.

この例では、レーザ素子におけるp側の第2電極E2の寸法は、400μm×400μmとし、図2のレーザ素子LDに、10kHz、50ns、4Aのパルス電流を供給し、レーザ素子を駆動した。中央に多点パターンが現れている。 In this example, the size of the second electrode E2 on the p side of the laser element is 400 μm × 400 μm, and a pulse current of 10 kHz, 50 ns, and 4 A is supplied to the laser element LD of FIG. 2 to drive the laser element. A multi-point pattern appears in the center.

図50は、図47に対応するレーザ素子のビームパターンの波長と光強度の関係を示すグラフである。 FIG. 50 is a graph showing the relationship between the wavelength and the light intensity of the beam pattern of the laser element corresponding to FIG. 47.

波長930nmを超えた位置に、レーザ光の強度ピークが表れている。 The intensity peak of the laser beam appears at a position exceeding the wavelength of 930 nm.

図51は、図49に対応するレーザ素子のピーク電流(mA)とレーザ光ピーク強度(mW)との関係を示すグラフである。 FIG. 51 is a graph showing the relationship between the peak current (mA) and the laser light peak intensity (mW) of the laser element corresponding to FIG. 49.

同図中の「全体」が示すデータは、レーザ光の出力光全体が含まれるようにパワーメータ受光部を設置して、レーザ光を測定した例である。 The data indicated by "whole" in the figure is an example in which the power meter light receiving unit is installed so as to include the entire output light of the laser light, and the laser light is measured.

同図から、ピーク電流を増加させるにしたがって、レーザ光のピーク強度が増加していることが分かる。また、ピーク電流が3000mAを超えたところから、全体のピーク強度が大きな傾きで増加していることが分かる。 From the figure, it can be seen that the peak intensity of the laser beam increases as the peak current increases. Further, from the point where the peak current exceeds 3000 mA, it can be seen that the overall peak intensity increases with a large slope.

以上、説明したように、半導体発光素子から出射されるビームパターンは、少なくとも1つの:スポット、直線、十字架、格子パターン、図形、写真、CG(コンピュータグラフィックス)、又は、文字を含むことができる。 As described above, the beam pattern emitted from the semiconductor light emitting device can include at least one: spot, straight line, cross, grid pattern, figure, photograph, CG (computer graphics), or character. ..

6…位相変調層、6A…基本層、6B…異屈折率領域。
6 ... Phase modulation layer, 6A ... Basic layer, 6B ... Different refractive index region.

Claims (9)

活性層と、
前記活性層を挟む一対のクラッド層と、
前記活性層に光学的に結合した位相変調層と、
を備えた半導体発光素子において、
前記位相変調層は、
基本層と、
前記基本層とは屈折率の異なる複数の異屈折率領域と、
を備え、
前記位相変調層の厚み方向をZ軸方向とするXYZ直交座標系を設定し、XY平面内において、格子定数aの仮想的な正方格子を設定した場合、
それぞれの前記異屈折率領域は、
その重心位置が、前記仮想的な正方格子における格子点位置から距離rだけずれるように、配置されており、
全ての前記異屈折率領域は、XY平面内において、同一の距離rを有しており、
距離rは、0<r≦0.3aであり、
前記半導体発光素子から出射されるビームパターン(スポットを除く)は、
少なくとも1つの:
直線、
十字架、
図形、
写真、
CG(コンピュータグラフィックス)、又は、
文字、
を含み、
XY平面内における前記ビームパターンの特定の領域を2次元フーリエ変換した複素振幅F(X,Y)は、jを虚数単位として、XY平面内の強度分布I(X,Y)と、XY平面内の位相分布P(X,Y)を用いて:
F(X,Y)=I(X,Y)×exp{P(X,Y)j}で与えられ、
前記位相変調層において、
前記仮想的な正方格子のそれぞれの格子点から、対応するそれぞれの前記異屈折率領域の重心へ向かう方向と、X軸との成す角度をφとし、
定数をCとし、
X軸方向におけるx番目、Y軸方向におけるy番目の仮想的な正方格子点の位置を(x、y)とし、位置(x,y)における角度をφ(x,y)とすると、
φ(x、y)=C×P(X,Y)を満たし、
それぞれの前記異屈折率領域のXY平面内の形状は、正方形、正六角形、正八角形又は正16角形である、
ことを特徴とする半導体発光素子。
With the active layer
A pair of clad layers sandwiching the active layer and
A phase modulation layer optically coupled to the active layer and
In a semiconductor light emitting device equipped with
The phase modulation layer is
Basic layer and
A plurality of different refractive index regions having different refractive indexes from the basic layer,
With
When an XYZ Cartesian coordinate system with the thickness direction of the phase modulation layer as the Z-axis direction is set and a virtual square lattice with a lattice constant a is set in the XY plane,
Each of the different refractive index regions is
The position of the center of gravity is arranged so as to deviate from the position of the grid point in the virtual square grid by a distance r.
All the different refractive index regions have the same distance r in the XY plane.
The distance r is 0 <r ≦ 0.3a.
The beam pattern (excluding spots) emitted from the semiconductor light emitting device is
At least one:
Straight line,
cross,
Shape,
Photo,
CG (Computer Graphics) or
letter,
Including
The complex amplitude F (X, Y) obtained by two-dimensional Fourier transforming a specific region of the beam pattern in the XY plane has the intensity distribution I (X, Y) in the XY plane and the intensity distribution in the XY plane with j as an imaginary unit. Using the phase distribution P (X, Y) of:
Given by F (X, Y) = I (X, Y) x exp {P (X, Y) j},
In the phase modulation layer
Let φ be the angle formed by the X-axis and the direction from each lattice point of the virtual square lattice toward the center of gravity of each corresponding different refractive index region.
Let C be the constant
Assuming that the position of the x-th virtual grid point in the X-axis direction and the y-th virtual grid point in the Y-axis direction is (x, y) and the angle at the position (x, y) is φ (x, y),
φ (x, y) = C × P (X, Y) meets the,
The shape of each of the different refractive index regions in the XY plane is a square, a regular hexagon, a regular octagon, or a regular hexadecagon.
A semiconductor light emitting device characterized by this.
活性層と、
前記活性層を挟む一対のクラッド層と、
前記活性層に光学的に結合した位相変調層と、
を備えた半導体発光素子において、
前記位相変調層は、
基本層と、
前記基本層とは屈折率の異なる複数の異屈折率領域と、
を備え、
前記位相変調層の厚み方向をZ軸方向とするXYZ直交座標系を設定し、XY平面内において、格子定数aの仮想的な正方格子を設定した場合、
それぞれの前記異屈折率領域は、
その重心位置が、前記仮想的な正方格子における格子点位置から距離rだけずれるように、配置されており、
全ての前記異屈折率領域は、XY平面内において、同一の距離rを有しており、
距離rは、0<r≦0.3aであり、
前記半導体発光素子から出射されるビームパターン(スポットを除く)は、
少なくとも1つの:
直線、
十字架、
図形、
写真、
CG(コンピュータグラフィックス)、又は、
文字、
を含み、
XY平面内における前記ビームパターンの特定の領域を2次元フーリエ変換した複素振幅F(X,Y)は、jを虚数単位として、XY平面内の強度分布I(X,Y)と、XY平面内の位相分布P(X,Y)を用いて:
F(X,Y)=I(X,Y)×exp{P(X,Y)j}で与えられ、
前記位相変調層において、
前記仮想的な正方格子のそれぞれの格子点から、対応するそれぞれの前記異屈折率領域の重心へ向かう方向と、X軸との成す角度をφとし、
定数をCとし、
X軸方向におけるx番目、Y軸方向におけるy番目の仮想的な正方格子点の位置を(x、y)とし、位置(x,y)における角度をφ(x,y)とすると、
φ(x、y)=C×P(X,Y)を満たし、
それぞれの前記異屈折率領域のXY平面内の形状は、
長方形、
楕円、又は、
2つの円又は楕円の一部分が重なる形状、
であることを特徴とする半導体発光素子。
With the active layer
A pair of clad layers sandwiching the active layer and
A phase modulation layer optically coupled to the active layer and
In a semiconductor light emitting device equipped with
The phase modulation layer is
Basic layer and
A plurality of different refractive index regions having different refractive indexes from the basic layer,
With
When an XYZ Cartesian coordinate system with the thickness direction of the phase modulation layer as the Z-axis direction is set and a virtual square lattice with a lattice constant a is set in the XY plane,
Each of the different refractive index regions is
The position of the center of gravity is arranged so as to deviate from the position of the lattice point in the virtual square lattice by a distance r.
All the different refractive index regions have the same distance r in the XY plane.
The distance r is 0 <r ≦ 0.3a.
The beam pattern (excluding spots) emitted from the semiconductor light emitting device is
At least one:
Straight line,
cross,
Shape,
Photo,
CG (Computer Graphics) or
letter,
Including
The complex amplitude F (X, Y) obtained by two-dimensional Fourier transforming a specific region of the beam pattern in the XY plane has the intensity distribution I (X, Y) in the XY plane and the intensity distribution in the XY plane with j as an imaginary unit. Using the phase distribution P (X, Y) of:
Given by F (X, Y) = I (X, Y) x exp {P (X, Y) j},
In the phase modulation layer
Let φ be the angle formed by the X-axis and the direction from each lattice point of the virtual square lattice toward the center of gravity of each corresponding different refractive index region.
Let C be the constant
Assuming that the position of the x-th virtual grid point in the X-axis direction and the y-th virtual grid point in the Y-axis direction is (x, y) and the angle at the position (x, y) is φ (x, y),
φ (x, y) = C × P (X, Y) meets the,
The shape of each of the different refractive index regions in the XY plane is
Rectangle,
Ellipse or
A shape in which parts of two circles or ellipses overlap,
A semiconductor light emitting device characterized by being.
活性層と、
前記活性層を挟む一対のクラッド層と、
前記活性層に光学的に結合した位相変調層と、
を備えた半導体発光素子において、
前記位相変調層は、
基本層と、
前記基本層とは屈折率の異なる複数の異屈折率領域と、
を備え、
前記位相変調層の厚み方向をZ軸方向とするXYZ直交座標系を設定し、XY平面内において、格子定数aの仮想的な正方格子を設定した場合、
それぞれの前記異屈折率領域は、
その重心位置が、前記仮想的な正方格子における格子点位置から距離rだけずれるように、配置されており、
全ての前記異屈折率領域は、XY平面内において、同一の距離rを有しており、
距離rは、0<r≦0.3aであり、
前記半導体発光素子から出射されるビームパターン(スポットを除く)は、
少なくとも1つの:
直線、
十字架、
図形、
写真、
CG(コンピュータグラフィックス)、又は、
文字、
を含み、
XY平面内における前記ビームパターンの特定の領域を2次元フーリエ変換した複素振幅F(X,Y)は、jを虚数単位として、XY平面内の強度分布I(X,Y)と、XY平面内の位相分布P(X,Y)を用いて:
F(X,Y)=I(X,Y)×exp{P(X,Y)j}で与えられ、
前記位相変調層において、
前記仮想的な正方格子のそれぞれの格子点から、対応するそれぞれの前記異屈折率領域の重心へ向かう方向と、X軸との成す角度をφとし、
定数をCとし、
X軸方向におけるx番目、Y軸方向におけるy番目の仮想的な正方格子点の位置を(x、y)とし、位置(x,y)における角度をφ(x,y)とすると、
φ(x、y)=C×P(X,Y)を満たし、
それぞれの前記異屈折率領域のXY平面内の形状は、
台形、
楕円の長軸に沿った一方の端部近傍の短軸方向の寸法が、他方の端部近傍の短軸方向の寸法よりも小さくなるように変形した形状、又は、
楕円の長軸に沿った一方の端部を、長軸方向に沿って突き出る尖った端部に変形した形状、
であることを特徴とする半導体発光素子。
With the active layer
A pair of clad layers sandwiching the active layer and
A phase modulation layer optically coupled to the active layer and
In a semiconductor light emitting device equipped with
The phase modulation layer is
Basic layer and
A plurality of different refractive index regions having different refractive indexes from the basic layer,
With
When an XYZ Cartesian coordinate system with the thickness direction of the phase modulation layer as the Z-axis direction is set and a virtual square lattice with a lattice constant a is set in the XY plane,
Each of the different refractive index regions is
The position of the center of gravity is arranged so as to deviate from the position of the lattice point in the virtual square lattice by a distance r.
All the different refractive index regions have the same distance r in the XY plane.
The distance r is 0 <r ≦ 0.3a.
The beam pattern (excluding spots) emitted from the semiconductor light emitting device is
At least one:
Straight line,
cross,
Shape,
Photo,
CG (Computer Graphics) or
letter,
Including
The complex amplitude F (X, Y) obtained by two-dimensional Fourier transforming a specific region of the beam pattern in the XY plane has the intensity distribution I (X, Y) in the XY plane and the intensity distribution in the XY plane with j as an imaginary unit. Using the phase distribution P (X, Y) of:
Given by F (X, Y) = I (X, Y) x exp {P (X, Y) j},
In the phase modulation layer
Let φ be the angle formed by the X-axis and the direction from each lattice point of the virtual square lattice toward the center of gravity of each corresponding different refractive index region.
Let C be the constant
Assuming that the position of the x-th virtual grid point in the X-axis direction and the y-th virtual grid point in the Y-axis direction is (x, y) and the angle at the position (x, y) is φ (x, y),
φ (x, y) = C × P (X, Y) meets the,
The shape of each of the different refractive index regions in the XY plane is
Trapezoid,
A shape deformed so that the dimension in the minor axis direction near one end along the long axis of the ellipse is smaller than the dimension in the minor axis direction near the other end, or
A shape in which one end along the long axis of an ellipse is transformed into a sharp end that protrudes along the long axis.
A semiconductor light emitting device characterized by being.
活性層と、
前記活性層を挟む一対のクラッド層と、
前記活性層に光学的に結合した位相変調層と、
を備えた半導体発光素子において、
前記位相変調層は、
基本層と、
前記基本層とは屈折率の異なる複数の異屈折率領域と、
を備え、
前記位相変調層の厚み方向をZ軸方向とするXYZ直交座標系を設定し、XY平面内において、格子定数aの仮想的な正方格子を設定した場合、
それぞれの前記異屈折率領域は、
その重心位置が、前記仮想的な正方格子における格子点位置から距離rだけずれるように、配置されており、
全ての前記異屈折率領域は、XY平面内において、同一の距離rを有しており、
距離rは、0<r≦0.3aであり、
前記半導体発光素子から出射されるビームパターン(スポットを除く)は、
少なくとも1つの:
直線、
十字架、
図形、
写真、
CG(コンピュータグラフィックス)、又は、
文字、
を含み、
XY平面内における前記ビームパターンの特定の領域を2次元フーリエ変換した複素振幅F(X,Y)は、jを虚数単位として、XY平面内の強度分布I(X,Y)と、XY平面内の位相分布P(X,Y)を用いて:
F(X,Y)=I(X,Y)×exp{P(X,Y)j}で与えられ、
前記位相変調層において、
前記仮想的な正方格子のそれぞれの格子点から、対応するそれぞれの前記異屈折率領域の重心へ向かう方向と、X軸との成す角度をφとし、
定数をCとし、
X軸方向におけるx番目、Y軸方向におけるy番目の仮想的な正方格子点の位置を(x、y)とし、位置(x,y)における角度をφ(x,y)とすると、
φ(x、y)=C×P(X,Y)を満たし、
前記位相変調層の実効屈折率をnとした場合、
前記位相変調層が選択する波長λ(=20.5×a×n)は、
前記活性層の発光波長範囲内に含まれている、
ことを特徴とする半導体発光素子。
With the active layer
A pair of clad layers sandwiching the active layer and
A phase modulation layer optically coupled to the active layer and
In a semiconductor light emitting device equipped with
The phase modulation layer is
Basic layer and
A plurality of different refractive index regions having different refractive indexes from the basic layer,
With
When an XYZ Cartesian coordinate system with the thickness direction of the phase modulation layer as the Z-axis direction is set and a virtual square lattice with a lattice constant a is set in the XY plane,
Each of the different refractive index regions is
The position of the center of gravity is arranged so as to deviate from the position of the lattice point in the virtual square lattice by a distance r.
All the different refractive index regions have the same distance r in the XY plane.
The distance r is 0 <r ≦ 0.3a.
The beam pattern (excluding spots) emitted from the semiconductor light emitting device is
At least one:
Straight line,
cross,
Shape,
Photo,
CG (Computer Graphics) or
letter,
Including
The complex amplitude F (X, Y) obtained by two-dimensional Fourier transforming a specific region of the beam pattern in the XY plane has the intensity distribution I (X, Y) in the XY plane and the intensity distribution in the XY plane with j as an imaginary unit. Using the phase distribution P (X, Y) of:
Given by F (X, Y) = I (X, Y) x exp {P (X, Y) j},
In the phase modulation layer
Let φ be the angle formed by the X-axis and the direction from each lattice point of the virtual square lattice toward the center of gravity of each corresponding different refractive index region.
Let C be the constant
Assuming that the position of the x-th virtual grid point in the X-axis direction and the y-th virtual grid point in the Y-axis direction is (x, y) and the angle at the position (x, y) is φ (x, y),
φ (x, y) = C × P (X, Y) meets the,
When the effective refractive index of the phase modulation layer is n,
The wavelength λ 0 (= 2 0.5 × a × n) selected by the phase modulation layer is
It is included in the emission wavelength range of the active layer.
A semiconductor light emitting device characterized by this.
前記位相変調層の実効屈折率をnとした場合、
前記位相変調層が選択する波長λ(=a×n)は、
前記活性層の発光波長範囲内に含まれている、
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
When the effective refractive index of the phase modulation layer is n,
The wavelength λ 0 (= a × n) selected by the phase modulation layer is
It is included in the emission wavelength range of the active layer.
The semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 3 .
前記位相変調層において、全ての前記異屈折率領域は、XY平面内において、
同一の図形、及び/又は、
同一の面積
を有しており、
複数の前記異屈折率領域は、並進操作又は並進操作および回転操作により、重ね合わせることができる、
ことを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
In the phase modulation layer, all the different refractive index regions are in the XY plane.
Same shape and / or
Have the same area and
The plurality of different refractive index regions can be superposed by a translation operation or a translation operation and a rotation operation.
The semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 5 , wherein the semiconductor light emitting device is characterized.
それぞれの前記異屈折率領域のXY平面内の形状は、回転対称性を有している、
ことを特徴とする請求項1、2、4、5及び6のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
The shape of each of the different refractive index regions in the XY plane has rotational symmetry.
The semiconductor light emitting device according to any one of claims 1, 2, 4, 5 and 6 , characterized in that.
それぞれの前記異屈折率領域のXY平面内の形状は、鏡像対称性を有している、
ことを特徴とする請求項1、2、4、5、6及び7のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
The shape of each of the different refractive index regions in the XY plane has mirror image symmetry.
The semiconductor light emitting device according to any one of claims 1, 2, 4, 5, 6 and 7, characterized in that.
前記位相変調層は、
目的となるビームパターンを出射するための前記異屈折率領域の略周期構造が形成された内側領域と、
前記内側領域を囲み、正方格子の格子点位置に重心位置が一致する前記異屈折率領域を含む外側領域と、
を備えることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
The phase modulation layer is
An inner region in which a substantially periodic structure of the different refractive index region for emitting a target beam pattern is formed, and
An outer region that surrounds the inner region and includes the different refractive index region whose center of gravity is aligned with the grid point position of the square lattice.
The semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 8 , wherein the semiconductor light emitting device is provided.
JP2017506533A 2015-03-13 2016-03-11 Semiconductor light emitting device Active JP6788574B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015051220 2015-03-13
JP2015051220 2015-03-13
PCT/JP2016/057835 WO2016148075A1 (en) 2015-03-13 2016-03-11 Semiconductor light emitting element

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2016148075A1 JPWO2016148075A1 (en) 2017-12-28
JP6788574B2 true JP6788574B2 (en) 2020-11-25

Family

ID=56920063

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017506533A Active JP6788574B2 (en) 2015-03-13 2016-03-11 Semiconductor light emitting device

Country Status (4)

Country Link
US (2) US10389088B2 (en)
JP (1) JP6788574B2 (en)
DE (1) DE112016001195T5 (en)
WO (1) WO2016148075A1 (en)

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6281869B2 (en) * 2014-02-27 2018-02-21 国立大学法人大阪大学 Directional coupler and multiplexer / demultiplexer devices
CN112421262B (en) 2014-11-17 2023-06-20 迪睿合株式会社 Anisotropic conductive film, connection structure, and method for manufacturing same
US9991669B2 (en) * 2016-07-25 2018-06-05 Hamamatsu Photonics K.K. Semiconductor light-emitting device and manufacturing method for the same
JP6747910B2 (en) * 2016-08-10 2020-08-26 浜松ホトニクス株式会社 Light emitting device
US11031751B2 (en) 2016-08-10 2021-06-08 Hamamatsu Photonics K.K. Light-emitting device
US10734786B2 (en) * 2016-09-07 2020-08-04 Hamamatsu Photonics K.K. Semiconductor light emitting element and light emitting device including same
JP6747922B2 (en) * 2016-09-07 2020-08-26 浜松ホトニクス株式会社 Semiconductor light emitting device and light emitting device
JP7057949B2 (en) * 2017-02-28 2022-04-21 国立大学法人京都大学 Photonic crystal laser
JP6789541B2 (en) * 2017-03-17 2020-11-25 スタンレー電気株式会社 Laser radar device
JP2018164049A (en) * 2017-03-27 2018-10-18 浜松ホトニクス株式会社 Semiconductor light-emitting device
WO2018181204A1 (en) * 2017-03-27 2018-10-04 浜松ホトニクス株式会社 Semiconductor light-emitting module and control method therefor
WO2018181202A1 (en) * 2017-03-27 2018-10-04 浜松ホトニクス株式会社 Semiconductor light-emitting element and method for manufacturing semiconductor light-emitting element
US11637409B2 (en) * 2017-03-27 2023-04-25 Hamamatsu Photonics K.K. Semiconductor light-emitting module and control method therefor
US11646546B2 (en) 2017-03-27 2023-05-09 Hamamatsu Photonics K.K. Semiconductor light emitting array with phase modulation regions for generating beam projection patterns
JP7081906B2 (en) * 2017-06-02 2022-06-07 浜松ホトニクス株式会社 Method for designing a semiconductor light emitting device and a phase modulation layer of a semiconductor light emitting device
JP6959042B2 (en) 2017-06-15 2021-11-02 浜松ホトニクス株式会社 Light emitting device
JP7036567B2 (en) * 2017-10-20 2022-03-15 浜松ホトニクス株式会社 Semiconductor light emitting device
JP7015684B2 (en) * 2017-12-08 2022-02-03 浜松ホトニクス株式会社 Phase modulation layer design method
JP7109179B2 (en) * 2017-12-08 2022-07-29 浜松ホトニクス株式会社 light emitting device
CN111448726B (en) * 2017-12-08 2023-04-04 浜松光子学株式会社 Light emitting device and method for manufacturing the same
JP6925249B2 (en) * 2017-12-08 2021-08-25 浜松ホトニクス株式会社 Light emitting device
JP7245169B2 (en) * 2017-12-08 2023-03-23 浜松ホトニクス株式会社 Light emitting device and manufacturing method thereof
JP7173478B2 (en) * 2017-12-22 2022-11-16 国立大学法人京都大学 Surface-emitting laser element and method for manufacturing surface-emitting laser element
JP7227060B2 (en) 2018-04-13 2023-02-21 浜松ホトニクス株式会社 semiconductor light emitting device
CN108830773A (en) * 2018-05-25 2018-11-16 合肥羿振电力设备有限公司 A kind of hiding and recognition methods based on the pretreated anti-counterfeiting information of host image
US20210226420A1 (en) * 2018-06-08 2021-07-22 Hamamatsu Photonics K.K. Light-emitting element
JP7125865B2 (en) * 2018-06-11 2022-08-25 浜松ホトニクス株式会社 light emitting device
DE112019004322T5 (en) * 2018-08-27 2021-05-20 Hamamatsu Photonics K.K. Light emitting device
JP6718945B2 (en) * 2018-12-17 2020-07-08 浜松ホトニクス株式会社 Light emitting device, method for manufacturing light emitting device, and method for designing phase modulation layer of light emitting device
JP7318868B2 (en) * 2019-12-02 2023-08-01 国立大学法人東京工業大学 Sample measuring device, measuring method and program
JP7504368B2 (en) * 2019-12-16 2024-06-24 国立大学法人京都大学 Surface emitting laser element and method for manufacturing the same
US20210262787A1 (en) * 2020-02-21 2021-08-26 Hamamatsu Photonics K.K. Three-dimensional measurement device
JP7498651B2 (en) 2020-02-21 2024-06-12 浜松ホトニクス株式会社 3D measuring device
JP7477420B2 (en) 2020-10-02 2024-05-01 浜松ホトニクス株式会社 Optical waveguide structure and light source device

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3561244B2 (en) * 2001-07-05 2004-09-02 独立行政法人 科学技術振興機構 Two-dimensional photonic crystal surface emitting laser
JP4773119B2 (en) * 2004-09-03 2011-09-14 国立大学法人京都大学 Optical tweezers and two-dimensional photonic crystal surface emitting laser light source
EP1933431A4 (en) * 2005-09-05 2011-06-15 Univ Kyoto Two-dimensional photonic crystal surface light emitting laser light source
US8228604B2 (en) * 2005-11-14 2012-07-24 Industrial Technology Research Institute Electromagnetic (EM) wave polarizing structure and method for providing polarized electromagnetic (EM) wave
JP4927411B2 (en) * 2006-02-03 2012-05-09 古河電気工業株式会社 Two-dimensional photonic crystal surface emitting laser
JP4793820B2 (en) * 2006-03-20 2011-10-12 国立大学法人京都大学 Two-dimensional photonic crystal surface emitting laser light source
US8284814B2 (en) * 2007-08-31 2012-10-09 Japan Science And Technology Agency Photonic crystal laser
JP5303221B2 (en) * 2008-08-29 2013-10-02 独立行政法人科学技術振興機構 Two-dimensional photonic crystal laser
JP5549011B2 (en) * 2010-07-30 2014-07-16 浜松ホトニクス株式会社 Semiconductor surface light emitting device and manufacturing method thereof
JP5881332B2 (en) * 2011-08-23 2016-03-09 シチズンホールディングス株式会社 Semiconductor light emitting device and LED lamp using the same
JP5967749B2 (en) * 2011-09-30 2016-08-10 国立大学法人京都大学 Edge-emitting photonic crystal laser device
CN103188227A (en) * 2011-12-29 2013-07-03 北京网秦天下科技有限公司 Method and system for conducting parental control over mobile equipment
JP6333804B2 (en) * 2013-03-07 2018-05-30 浜松ホトニクス株式会社 LASER ELEMENT AND LASER DEVICE
US9614352B2 (en) * 2013-03-07 2017-04-04 Hamamatsu Photonics K.K. Laser element and laser device
JP6172789B2 (en) * 2013-03-08 2017-08-02 国立大学法人京都大学 Laser equipment
JP6080941B2 (en) * 2013-03-08 2017-02-15 国立研究開発法人科学技術振興機構 Two-dimensional photonic crystal surface emitting laser
JP2014236127A (en) * 2013-06-03 2014-12-15 ローム株式会社 Two-dimensional photonic crystal surface-emitting laser
JP6331997B2 (en) * 2014-11-28 2018-05-30 三菱電機株式会社 Semiconductor optical device
DE112017001040T8 (en) * 2016-02-29 2019-05-02 Hamamatsu Photonics K.K. SURFACE-EMITTING LASER WITH TWO-DIMENSIONAL PHOTONIC CRYSTAL AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
US9991669B2 (en) * 2016-07-25 2018-06-05 Hamamatsu Photonics K.K. Semiconductor light-emitting device and manufacturing method for the same
JP6747910B2 (en) * 2016-08-10 2020-08-26 浜松ホトニクス株式会社 Light emitting device
JP6951890B2 (en) * 2017-07-10 2021-10-20 浜松ホトニクス株式会社 Semiconductor laser element

Also Published As

Publication number Publication date
US11088511B2 (en) 2021-08-10
US20180109075A1 (en) 2018-04-19
DE112016001195T5 (en) 2017-11-23
WO2016148075A1 (en) 2016-09-22
US10389088B2 (en) 2019-08-20
US20190356113A1 (en) 2019-11-21
JPWO2016148075A1 (en) 2017-12-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6788574B2 (en) Semiconductor light emitting device
US10734786B2 (en) Semiconductor light emitting element and light emitting device including same
JP6978868B2 (en) Semiconductor light emitting device and its manufacturing method
JP7245169B2 (en) Light emitting device and manufacturing method thereof
JP6276750B2 (en) Laser equipment
JP6747922B2 (en) Semiconductor light emitting device and light emitting device
US11923655B2 (en) Light emission device
JP2018026463A (en) Light-emitting device
CN112272906B (en) Light-emitting element
CN112335145A (en) Light emitting element
WO2019077997A1 (en) Semiconductor light emitting element
CN110380336B (en) Semiconductor light emitting device
JP7103817B2 (en) Semiconductor light emitting device
CN112262508B (en) Light emitting device
JP6925249B2 (en) Light emitting device
US11309687B2 (en) Light-emitting device and production method for same
JP7015684B2 (en) Phase modulation layer design method
WO2022071330A1 (en) Semiconductor laser element

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170915

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181128

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190820

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20191018

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191202

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200422

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200617

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20201006

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20201030

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6788574

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250